Cobalt Oxide Supported Iridium Oxide Nanoparticles with Strong Metal Oxide-Support Interaction for Efficient Acidic Oxygen Evolution Reaction

氧化物 氧化钴 纳米颗粒 金属 氧气 材料科学 析氧 无机化学 化学工程 催化作用 化学 纳米技术 冶金 电化学 物理化学 有机化学 电极 工程类
作者
Hao Deng,Chung‐Li Dong,Ta Thi Thuy Nga,Miao Wang,Yiduo Wang,Yiqing Wang,Shaohua Shen
出处
期刊:Materials horizons [Royal Society of Chemistry]
标识
DOI:10.1039/d5mh01620g
摘要

Understanding and regulating the deprotonation process in an acidic oxygen evolution reaction (OER) is highly desirable for a proton exchange membrane water electrolyzer (PEMWE). Herein, ultrasmall IrO2 nanoparticles were firmly anchored on an acid-resistant Co3O4 support (IrO2/Co3O4) through galvanic replacement, with strong metal oxide-support interaction (SMOSI) induced and responsible for the accelerated deprotonation process during OER. For IrO2/Co3O4, a low overpotential of 256 mV at 10 mA cm-2 could be achieved for an acidic OER, with sustained operation exceeding 1000 h. More importantly, a PEMWE assembled with IrO2/Co3O4 as the anode could survive 120 h and 40 h of operation at industrial-level current densities of 0.5 and 1 A cm-2, with cell voltages of 1.64 and 1.77 V, respectively. Experimental results and theoretical calculations together demonstrate that the SMOSI induced by the lattice-mismatched interfaces in IrO2/Co3O4 could increase the p-band center of Obri (bridging oxygen) sites in the Ir-Obri bonds. Such an enhanced p-band center would strengthen the proton acceptance of Obri sites, facilitating the deprotonation process, and thus improving OER activity and stability. This work presents an alternative approach for the regulation of the deprotonation process via SMOSI and the design of an inexpensive and efficient electrocatalyst towards an industrial-level PEMWE.
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