Atomically Dispersed Iridium on Polyimide Support for Acidic Oxygen Evolution

聚酰亚胺 材料科学 析氧 氧气 化学工程 纳米技术 化学 催化作用 有机化学 图层(电子) 物理化学 电化学 电极 工程类
作者
Longsheng Zhang,Jing Bai,S. Zhang,Yunxia Liu,Jinyu Ye,Wei Fan,Elke Debroye,Tianxi Liu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (33): 22095-22103 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c05377
摘要

Designing a high-performing iridium (Ir) single-atom catalyst is desired for acidic water electrolysis, which shows enormous potential given its high catalytic activity toward acidic oxygen evolution reaction (OER) with minimum usage of precious Ir metal. However, it still remains a substantial challenge to stabilize the Ir single atoms during the OER operation without sacrificing the activity. Here, we report a high-performing OER catalyst by immobilizing Ir single atoms on a polyimide support, which exhibits a high mass activity on a carbon paper electrode while simultaneously achieving outstanding stability with negligible decay for 360 h. The resulting electrode (denoted as Ir1–PI@CP) reaches a 49.7-fold improvement in mass activity compared to the counterpart electrode prepared without polyimide support. Both our experimental and theoretical results suggest that, owing to the strong metal–support interactions, the polyimide support can enhance the Ir 5d states of Ir single atoms in Ir1–PI@CP, which can tailor the adsorption energies of intermediates and decrease the thermodynamic barrier at the rate-determining step of the OER, but also facilitate the proton–electron-transfer process and improve the reaction kinetics. This work offers an alternative avenue for developing single-atom catalysts with superior activity and durability toward various catalytic systems and beyond.
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