Ir Single Atoms Boost Metal–Oxygen Covalency on Selenide-Derived NiOOH for Direct Intramolecular Oxygen Coupling

化学 分子内力 析氧 氧气 电催化剂 硒化物 催化作用 电化学 过渡金属 光化学 无机化学 物理化学 电极 立体化学 有机化学
作者
Zhao-Hua Yin,Yuan Huang,Kepeng Song,Tian-Tian Li,Jun‐Yuan Cui,Chao Meng,Huigang Zhang,Jianjun Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (10): 6846-6855 被引量:35
标识
DOI:10.1021/jacs.3c13746
摘要

This investigation probes the intricate interplay of catalyst dynamics and reaction pathways during the oxygen evolution reaction (OER), highlighting the significance of atomic-level and local ligand structure insights in crafting highly active electrocatalysts. Leveraging a tailored ion exchange reaction followed by electrochemical dynamic reconstruction, we engineered a novel catalytic structure featuring single Ir atoms anchored to NiOOH (Ir1@NiOOH). This novel approach involved the strategic replacement of Fe with Ir, facilitating the transition of selenide precatalysts into active (oxy)hydroxides. This elemental substitution promoted an upward shift in the O 2p band and intensified the metal–oxygen covalency, thereby altering the OER mechanism toward enhanced activity. The shift from a single-metal site mechanism (SMSM) in NiOOH to a dual-metal-site mechanism (DMSM) in Ir1@NiOOH was substantiated by in situ differential electrochemical mass spectrometry (DEMS) and supported by theoretical insights. Remarkably, the Ir1@NiOOH electrode exhibited exceptional electrocatalytic performance, achieving overpotentials as low as 142 and 308 mV at current densities of 10 and 1000 mA cm–2, respectively, setting a new benchmark for the electrocatalysis of OER.
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