Carbon dots tailoring the interfacial proton and charge transfer of iridium nanowires with stress strain for boosting bifunctional hydrogen catalysis

双功能 过电位 催化作用 电催化剂 纳米线 电子转移 双功能催化剂 化学 化学工程 材料科学 纳米技术 电化学 光化学 物理化学 电极 有机化学 工程类
作者
Keyang Qin,Wenxiang Zhu,Meng Wang,Jie Wu,Mengjie Ma,Jinxin Chen,Fan Liao,Zhenhui Kang,Mingwang Shao
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:653: 434-442 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.09.088
摘要

The effective harnessing of hydrogen energy relies on the development of bifunctional electrocatalysts that facilitate hydrogen evolution/oxidation reactions (HER/HOR) with high catalytic activity. The design of such electrocatalysts requires the consideration of not only the volcano relationship with hydrogen binding energy (HBE) or hydrogen adsorption Gibbs free energy (ΔGH) but also the regulation of catalytic kinetics such as interfacial proton/electron transfer. In this work, unique one-dimensional iridium nanowires with compressive stress are successfully prepared and combined with carbon dots (Ir NWs/CDs). Acting as an electrocatalyst for HER in 0.5 M H2SO4, the optimal Ir NWs/CDs only requires an 18 mV overpotential to achieve a current density of -10 mA cm-2. Furthermore, the optimal Ir NWs/CDs shows high HOR performance with a mass activity (@ 50 mV versus RHE) 1.5 times that of 20% Pt/C and excellent anti-CO toxicity ability which is twice the level of the PtRu/C catalyst. Ir NWs/CDs exhibit enhanced HER/HOR activity due to (1) the appropriate modulation of the binding energy to hydrogen intermediate facilitated by the compressive stress applied to the Ir structure and (2) the improved proton/electron transfer kinetics by optimizing the electronic properties and surface structures through tailored CDs. This study delivers a new strategy for designing and synthesizing efficient acidic HER/HOR bifunctional catalysts.
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