Rationalizing Acidic Oxygen Evolution Reaction over IrO2: Essential Role of Hydronium Cation

过电位 催化作用 氢铵 化学 析氧 无机化学 电催化剂 分解水 氧化还原 化学工程 离子 有机化学 物理化学 电化学 电极 光催化 工程类
作者
Tianyou Mou,Daniela A. Bushiri,Daniel V. Esposito,Jingguang G. Chen,Ping Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202409526
摘要

The development of active, stable, and more affordable electrocatalysts for acidic oxygen evolution reaction (OER) is of great importance for the practical application of electrolyzers and the advancement of renewable energy conversion technologies. Currently, IrO2 is the only catalyst with high stability and activity, but a high cost. Further optimization of the catalyst is limited by the lack of understanding of catalytic behaviors at the acid-IrO2 interface. Here, in strong interaction with the experiment, we develop an explicit model based on grand-canonical density function theory (GC-DFT) calculations to describe acidic OER over IrO2. Compared to the explicit models reported previously, hydronium cations (H3O+) are introduced at the electrochemical interface in the current model. As a result, a variation in stable IrO2 surface configuration under the OER operating condition from previously proposed complete *O-coverage to a mixture coverage of *OH and *O is revealed, which is well supported by in situ Raman measurements. In addition, the accuracy of predicted overpotential is increased in comparison with the experimentally measured. More importantly, an alteration of the potential limiting step from previously identified *O → *OOH to *OH → *O is observed, which opens new opportunities to advance the IrO2-based catalysts for acidic OER.
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