Kinetically Constrained Semicrystallization of IrO 2 with Balanced Activity and Stability for Acidic Oxygen Evolution Reaction

析氧 化学 氧气 反应机理 理论(学习稳定性) 反应中间体 催化作用 化学稳定性 动力学 热稳定性 化学工程 化学动力学 氧化还原 可逆反应 化学反应 序列(生物学) 工作(物理) 悠氧 无机化学 分解
作者
Xiaoyang Wang,Ziqi Fu,Ping Fang,Weidi Liu,Jianrong Zeng,Wenbin Hu,Yujing Li,Yanan Chen,B. H. LIU
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:26 (15): 5195-5204
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.6c00628
摘要

The activity–stability trade-off for IrO2 constrains the development of proton exchange membrane water electrolyzers (PEMWEs). Conventionally, high IrO2 crystallinity ensures oxygen evolution reaction (OER) stability while compromising activity, while amorphous structure offers high OER activity while sacrificing durability. Herein, we develop a kinetically constrained amorphization strategy using high-temperature thermal shock to precisely tune IrO2 crystallinity, capturing an ideal intermediate state: low-crystallinity IrO2 (LC-IrO2). LC-IrO2 merges the high activity of amorphous IrO2 derived from the short-range order and the robust stability of crystalline IrO2 with structural rigidity. Consequently, the LC-IrO2 catalyst simultaneously achieves excellent catalytic activity and stability for acidic OER. A PEMWE using a LC-IrO2 anode requires only 1.69 V to reach 1 A cm–2 at 60 °C and maintains steady operation for 500 h with a negligible degradation rate. This study demonstrates kinetic crystallinity control as a new paradigm for electrocatalyst design.
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