Engineering the Metal/Oxide Interfacial O‐Filling Effect to Tailor Oxygen Spillover for Efficient Acidic Water Oxidation

材料科学 氧化物 氧气 溢出效应 析氧 金属 化学工程 纳米技术 无机化学 冶金 有机化学 物理化学 化学 经济 微观经济学 工程类 电化学 电极
作者
Yu Zhu,Fei Guo,Qiliang Wei,Feiyan Lai,Runzhe Chen,Jianing Guo,Manxi Gong,Shunqiang Zhang,Zichen Wang,Jun Zhong,Guanjie He,Niancai Cheng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (22) 被引量:25
标识
DOI:10.1002/adfm.202421354
摘要

Abstract The oxygen spillover on the metal/oxide electrocatalysts interface acts as an essential role in promoting the oxygen evolution reaction (OER) for proton exchange membrane water electrolyzers (PEMWEs). However, oxygen spillover mechanisms and corresponding regulatory strategies are still unclear for addressing slow OH‐migration kinetics. Herein, an interface is constructed between Iridium (Ir) and Niobium (Nb)‐doped Titanium oxide (TiO 2 ) with abundant oxygen vacancies area by plasma processing, enabling oxygen spillover from the metal Ir to supports. The optimized Ir/Nb‐doped TiO 2 with a significant OER activity (η = 253 mV) and durability in acids compared to commercial IrO 2 . In situ experiments combined with theoretical computations reveal the presence of interfacial oxygen vacancies not only regulates the Ir structure toward boosted activity but also constructs a directional spillover pathway from Ir to interfacial oxygen vacancies area and then TiO 2 via the OH * ‐filling route, which strikingly mitigates the OH * migration barriers. In addition, the optimized Ir/Nb‐doped TiO 2 exhibits excellent performance (1.69 V/1.0 A cm −2 @80 °C) and long‐term stability (≈500 h@1.0 A cm −2 ) with practical potential in PEMWEs. This work provides a unique insight into the role of oxygen spillover, paving the way for designing Ir‐based catalysts for PEMWEs.
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