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魯啟鵬/王安良/夏靜AFM：IrIn2合金化，實現(xiàn)高效水分解電催化劑的有序設(shè)計

銥（Iridium，Ir）作為一種高效的全水分解催化劑，因其價格高昂、穩(wěn)定性差，限制了其大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。基于此，北京科技大學(xué)魯啟鵬教授、山東大學(xué)王安良教授及中科院理化所夏靜高級工程師等人通過高溫退火還原法合成了Ir原子占比僅為33%的具有非傳統(tǒng)面心正交晶體結(jié)構(gòu)的Ir基金屬間化合物（IMCs）。該催化劑在減小Ir用量的同時，在酸性環(huán)境電壓1.51 V時全水解可達(dá)到10 mA·cm^?2，且表現(xiàn)出高穩(wěn)定性，在55小時以上的測試中性能沒有明顯降低。

VASP解讀

通過DFT計算態(tài)密度（DOS）、d帶中心、HER和ORR反應(yīng)步驟的吉布斯自由能ΔG以及差分電荷和bader電荷以探索IrIn₂ IMCs的催化活性與電子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

本文計算IrIn₂和Ir的DOS和d帶中心：其電子結(jié)構(gòu)在費米能級（E_f）附近是連續(xù)的，表明了IrIn₂和Ir的金屬特性。IrIn₂的d帶中心（-1.57 eV）較Ir（-2.27 eV）相比更接近E_f，上移的d帶中心可以增強(qiáng)Ir位點與吸附中間體的結(jié)合強(qiáng)度，從而提高催化活性；

對于HER反應(yīng)：在酸性溶液中，與fcc Ir（111），fcc Pt（111）和bct In（111）相比，fco IrIn₂（008）和fco IrIn₂（111）的ΔG_H*值接近零，更接近理想的HER催化劑，證實了IrIn₂具有高的電催化活性；在堿性溶液中，IrIn₂催化劑上的水解能壘（ΔG_B）和IrIn₂催化劑上的ΔG_H*低于fcc Ir和fcc Pt。因此，IrIn₂催化劑在1.0 M KOH中表現(xiàn)出低的過電位和高活性。

對于OER的機(jī)理：OER的電勢控制步（PDS）是*O + H₂O → *OOH + H⁺+ e^?。如在酸性O(shè)ER中，IrIn₂（008）（1.67 eV）和（111）（1.73 eV）的ΔG低于Ir（111）（1.82 eV）和In（111）（2.09 eV），表明與In的合金化有效降低了OER的能壘。在堿性環(huán)境下，IrIn₂的PDS的ΔG也是最低的。

此外，差分電荷和Bader電荷的計算結(jié)果也有力證明了IrIn₂催化劑中Ir位點和*O和*OOH中間體存在更強(qiáng)的電子轉(zhuǎn)移有利于提高電催化OER性能。計算結(jié)果與上述討論的實驗結(jié)果一致。結(jié)構(gòu)有序IMCs的制備為未來設(shè)計具有高活性和穩(wěn)定性的水分解電催化劑提供了重要啟示。

Low-Iridium-Content IrIn₂ Intermetallics with an Unconventional Face-Centered Orthorhombic Phase for Efficient Overall Water Splitting. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: ?10.1002/adfm.202311683.

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