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构建活性原子几乎完全暴露的亚纳米团簇催化剂是同时提高原子利用效率和比活性的一条很有前途的途径。本文采用受限原位外溶策略,构建了一种由高覆盖亚纳米Ir簇保护的核壳钴铈双金属氧化物(表示为Ir )。独特的核壳结构使Ir 具有增强的固有活性和开云真人高导电性,有利于高效的电荷转移和全pH水分解。在0.5 m H2SO4、1.0 m PBS和1.0 m KOH条件下,Ir 在10 mA cm−2条件下的析氢/析氧反应(HER/OER)的过电位分别为49/215、52/390和54/243 m。运行300 h后性能略有下降,使其成为全pH水分解最有效的催化剂之一。DFT计算表明,定向电子转移(沿着从Ce到Co再到Ir的路径)为表面Ir团簇创造了一个富电子环境。重构的界面电子环境在Ir位点(HER)和Ir-Co位点(OER)提供了优化的中间体吸附/解吸能,从而同时加快了HER/OER动力学。
a) LS曲线。b)过电位和塔菲尔斜率值的比较。c)在10 mA cm−2下测量Ir 300 h的时间电位。d) 300 m过电位下周转频率(TOF)和质量活度(MA)的比较。e) Ir 与其他已报道催化剂在酸性介质中性能决定因素的比较。所示的变量值为η - 10、Tafel斜率、Cdl、TOF、MA和稳定性。f,g) Ir 与其他已报道的催化剂在中性和碱性介质中性能决定因素的比较。所示变量值为η - 10、Tafel斜率、Cdl、TOF、Rct和稳定性。
a) LS曲线。b)过电位和塔菲尔斜率值的比较。c)在10 mA cm−2下测量Ir 300 h的时间电位。d)过电位100mv时TOF值与MA值的比较。e) Ir 与其他已报道催化剂在酸性介质中性能决定因素的比较。所示的变量值为η - 10、Tafel斜率、Cdl、TOF、MA和稳定性。f,g) Ir 与其他已报道的催化剂在中性和碱性介质中性能决定因素的比较。所示的变量值为η10、Tafel斜率、Cdl、TOF、Rct和稳定性。
a)双电极水电解装置原理图。b) Ir Ir 及其他对照样品电解槽的极化曲线恒流条件下,Ir Ir 300 h时电位测量响应。d)组装后的电解槽在10 mA cm−2下产生的H2和O2量以及计算出的相应法拉第效率。e-g) Ir 与所报道的电催化剂在0.5 m H2SO4、1.0 m PBS和1.0 m KOH条件下的活性和稳定性比较。
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综上所述,我们在CoO/CeO2催化剂上构建了高覆盖率的Ir簇,作为一种高效的全pH双功能电催化剂。令人印象深刻的是,制备的Ir 具有优异的全pH全水解性能和快速动力学。亚纳米Ir团簇(≈0.7 nm)被限制和嵌入在CoO壳层的晶格上,赋予了独特的界面构型和合适的电子结构。CoO/CeO2的核壳异构为电子和质量的传输开辟了一条畅通、坚固的传输通道。这些结构和电子方面的优势使该催化剂在全ph电解质中具有比商用贵金属贵金属催化剂更好的活性和稳定性。DFT表明,具有电子重构的Ir 界面具有接近最佳的HER/OER吸附能和增强的溶解抗性。这项工作为构建亚纳米簇/异质结构界面电催化剂提供了新的思路,不仅适用于HER,也适用于OER和整体水分解。