One‐Step Approach for Constructing High‐Density Single‐Atom Catalysts toward Overall Water Splitting at Industrial Current Densities

反键分子轨道 催化作用 化学 分解水 Atom(片上系统) 密度泛函理论 析氧 材料科学 物理化学 原子轨道 电化学 计算化学 物理 有机化学 光催化 量子力学 电子 嵌入式系统 计算机科学 电极
作者
Dong Cao,Zhirong Zhang,Yahui Cui,Runhao Zhang,Lipeng Zhang,Jie Zeng,Daojian Cheng
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (9) 被引量:62
标识
DOI:10.1002/anie.202214259
摘要

The construction of highly active, durable, and cost-effective catalysts is urgently needed for green hydrogen production. Herein, catalysts consisting of high-density Pt (24 atoms nm-2 ) and Ir (32 atoms nm-2 ) single atoms anchored on Co(OH)2 were constructed by a facile one-step approach. Remarkably, Pt1 /Co(OH)2 and Ir1 /Co(OH)2 only required 4 and 178 mV at 10 mA cm-2 for hydrogen evolution reaction and oxygen evolution reaction, respectively. Moreover, the assembled Pt1 /Co(OH)2 //Ir1 /Co(OH)2 system showed mass activity of 4.9 A mgnoble metal-1 at 2.0 V in an alkaline water electrolyzer, which is 316.1 times higher than that of Pt/C//IrO2 . Mechanistic studies revealed that reconstructed Ir-O6 single atoms and remodeled Pt triple-atom sites enhanced the occupancy of Ir-O bonding orbitals and improved the occupation of Pt-H antibonding orbital, respectively, contributing to the formation of the O-O bond and the desorption of hydrogen. This one-step approach was also generalized to fabricate other 20 single-atom catalysts.
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