Strain‐Induced Electronic Structure Modulation on MnO2 Nanosheet by Ir Incorporation for Efficient Water Oxidation in Acid

纳米片 过电位 析氧 材料科学 分解水 催化作用 电化学 化学工程 制氢 纳米技术 电极 化学 物理化学 生物化学 光催化 工程类
作者
Wenli Zhao,Fenghua Xu,Luqiong Liu,Min Liu,Baicheng Weng
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (49) 被引量:38
标识
DOI:10.1002/adma.202308060
摘要

Oxygen electrochemistry plays a key role in renewable energy technologies, such as fuel cells and electrolyzers, but its slow kinetics limits the performance and the commercialization of such devices. Here, a strained MnO2 nanosheet induced by Ir incorporation is developed with optimized electronic structure by a simple hydrothermal method. With the incorporation of Ir, the strain induces elongated Mn─O bond length, and thereby tuning the electronic structure to favor the oxygen evolution reaction (OER) performance. The obtained catalyst exhibits an excellent mass activity of 5681 A g-1 at an overpotential of 300 mV in 0.5 m H2 SO4 , and reaches 50 and 100 mA cm-2 at overpotentials of only 240 and 277 mV, respectively. The catalyst is also stable even at 300 mA cm-2 in 0.5 m H2 SO4 . Using the nanosheet as the OER catalyst and the Pt/C as the hydrogen evolution reaction catalyst, a two-electrode electrolyzer achieves 10 mA cm-2 with only a cell voltage of 1.453 V for overall water splitting in 0.5 m H2 SO4 . This strategy enables the material with high feasibility for practical applications on hydrogen production.
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