Atomically Dispersed Mn-Ir Sites on 2D Amorphous Carbon Materials Synergistically Boost Electrochemical Overall Water Splitting.

材料科学 分解水 电化学 无定形固体 碳纤维 化学工程 纳米技术 无定形碳 催化作用 电极 化学 结晶学 复合材料 复合数 物理化学 有机化学 光催化 工程类
作者
Chunxiang Liu,Y. J. Zhai,Zexu Li,Hexu Sun,Yuzhou Liu
出处
期刊:PubMed 卷期号:: e2411238-e2411238
标识
DOI:10.1002/smll.202411238
摘要

Enhancing the activity and durability of noble-metal-based catalysts for overall water splitting is crucial for advancing sustainable energy conversion. In this study, a novel catalyst, PBN-Ir/Mn, is reported, developed through a self-healing process of the polyhexabenzocoronene network (PBN) that incorporates both Mn and Ir atoms. Aberration-corrected high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy (AC-HAADF-STEM) and X-ray absorption spectroscopy (XAS) characterizations confirm a unique atomic-scale Ir-Ir-Mn triangular structure on the porous PBN substrate. The synergy between Mn and Ir atoms leads to superior water electrolysis performance, with ultra-low overpotentials of 11 mV for the hydrogen evolution reaction (HER) and 220 mV for the oxygen evolution reaction (OER) at 10 mA cm-2. PBN-Ir/Mn also achieves outstanding mass activities, reaching 425.92 A mg-1 for HER and 152.28 A mg-1 OER. Moreover, PBN-Ir/Mn demonstrates exceptional durability in overall water splitting, maintaining stable performance over 100 h in a full-cell setup, surpassing commercial benchmarks. Density functional theory (DFT) calculations reveal that Mn doping modifies the d-band center of Ir, reducing the activation energy barriers and significantly enhancing both activity and stability. The high performance and stability of PBN-Ir/Mn, combined with its scalability for gram-scale synthesis, highlight its potential for industrial applications and multifunctional catalysis.
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