Grain Boundary-Derived Local Amorphization Enhances Acidic OER

晶界 催化作用 材料科学 化学物理 化学 结晶学 化学工程 冶金 微观结构 有机化学 工程类
作者
Mingze Sun,Helai Huang,Xiangfu Niu,Shuyan Gong,Zhengwen Li,Jinjie Fang,Xiang Liu,Yanjun Chen,Haohong Duan,Zhongbin Zhuang,Satoshi Nagao,Yuki Aoki,Liang Zhang,Zhiqiang Niu
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:: 15764-15776
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c03746
摘要

IrOx of the amorphous phase has long been recognized to exhibit higher catalytic activity than crystalline analogues toward oxygen evolution reaction (OER) but always at the expense of reduced stability. Here, we report an ultrathin Ir surface with high-density grain boundaries (GBs), which transforms into locally stabilized amorphous IrOx by forming an Ir/IrOx interface under OER conditions. The catalyst displays a low overpotential of 263 mV at 10 mA cm–2 and a mass activity (5.8 A mgIr–1 at 1.53 V) of over 90-fold higher than that of commercial IrO2, along with long-term stability for over 350 h. The activity enhancement arises from the stronger binding strength of *OOH on the amorphous GBs relative to the crystalline region, thus breaking the scaling relationship between *OH and *OOH and reducing the energy barrier for the potential determining step of the OER. Proton exchange membrane water electrolysis using this catalyst achieves 2.7 A cm–2 at 2 V cell voltage and operates stably at 1 A cm–2 for over 200 h. The stabilization of the amorphous IrOx phase at GBs may accelerate the development of more active and robust acidic OER electrocatalysts.
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