Iridium‐Based Multimetallic Porous Hollow Nanocrystals for Efficient Overall‐Water‐Splitting Catalysis

分解水 双功能 析氧 材料科学 催化作用 电解质 化学工程 电催化剂 电化学 过渡金属 纳米技术 纳米晶 无机化学 光催化 电极 物理化学 化学 生物化学 工程类
作者
Jianrui Feng,Fan Lv,Weiyu Zhang,Peihao Li,Kai Wang,Chao Yang,Bin Wang,Yong Yang,Jinhui Zhou,Lin Fei,Gui‐Chang Wang,Shaojun Guo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:29 (47) 被引量:516
标识
DOI:10.1002/adma.201703798
摘要

The development of active and durable bifunctional electrocatalysts for overall water splitting is mandatory for renewable energy conversion. This study reports a general method for controllable synthesis of a class of IrM (M = Co, Ni, CoNi) multimetallic porous hollow nanocrystals (PHNCs), through etching Ir-based, multimetallic, solid nanocrystals using Fe3+ ions, as catalysts for boosting overall water splitting. The Ir-based multimetallic PHNCs show transition-metal-dependent bifunctional electrocatalytic activities for both the hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) in acidic electrolyte, with IrCo and IrCoNi PHNCs being the best for HER and OER, respectively. First-principles calculations reveal a ligand effect, induced by alloying Ir with 3d transition metals, can weaken the adsorption energy of oxygen intermediates, which is the key to realizing much-enhanced OER activity. The IrCoNi PHNCs are highly efficient in overall-water-splitting catalysis by showing a low cell voltage of only 1.56 V at a current density of 2 mA cm-2 , and only 8 mV of polarization-curve shift after a 1000-cycle durability test in 0.5 m H2 SO4 solution. This work highlights a potentially powerful strategy toward the general synthesis of novel, multimetallic, PHNCs as highly active and durable bifunctional electrocatalysts for high-performance electrochemical overall-water-splitting devices.
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