High-Performance Iridium–Molybdenum Oxide Electrocatalysts for Water Oxidation in Acid: Bayesian Optimization Discovery and Experimental Testing

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作者
Jacques A. Esterhuizen,Aarti Mathur,Bryan R. Goldsmith,Suljo Linic
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.3c13491
摘要

Ir oxides are costly and scarce catalysts for oxygen evolution reaction (OER) in acid. There has been extensive interest in developing alternatives that are either Ir-free or require smaller amounts of Ir to drive the reactions at acceptable rates. One design strategy is to identify Ir-based mixed oxides that achieve similar performance while requiring smaller amounts of Ir. The obstacle to this strategy has been a very large phase space of the Ir-based mixed metal oxides, in terms of the metals combined with Ir and the different crystallographic structures of the mixed oxides, which prevents a thorough exploration of possible materials. In this work, we developed a workflow that uses machine-learning-aided Bayesian optimization in combination with density functional theory to make the exploration of this phase space plausible. This screening identified Mo as a promising dopant for forming acid-tolerant Ir-based oxides for the OER. We synthesized and characterized the Ir–Mo mixed oxides in the form of thin-film electrocatalysts with a known surface area. We show that these mixed oxides exhibited overpotentials ∼30 mV lower than a pure Ir control while maintaining 24% lower Ir dissolution rates than the Ir control. These findings suggest that Mo is a promising dopant and highlight the promise of machine learning to guide the experimental exploration and optimization of catalytic materials.
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