第一作者：Chen Wang
通讯作者：Jungang Hou
通讯单位：Dalian University of Technology
研究内容：
开发稳定的析氧反应（OER）催化剂需要在材料设计和对水电解的深入理解方面取得重大进展。作者报道了铱团簇在非晶态金属硼化物阵列上稳定的表面重构氢氧化物，在碱性OER中实现了在10 mA cm-2下178 mV的超低过电位。铱团簇的耦合在原子尺度上诱导了高价钴物种的形成以及铱与OOH之间的Ir-O-Co桥，工程晶格氧活化和非协同质子-电子转移，以触发多个活性位点的固有pH依赖性OER活性。晶格氧氧化机制（LOM）通过原位18O同位素标记质谱和负类过氧化物物种的化学识别得到证实。理论模拟表明，该催化剂的OER性能本质上受LOM途径控制，促进了反应动力学。这项工作不仅为电催化剂的合理设计铺平了道路，而且为晶格氧参与的OER应用前景提供了基本的见解。
要点一：
通过电化学活化策略在非晶态金属硼化物阵列上制备了铱团簇稳定的表面重构羟基氧化物。
要点二：
通过原位18O同位素标记质谱和负类过氧化物物种的化学识别证实了晶格氧氧化（LOM）机制。理论模拟也表明，该催化剂的OER性能本质上受LOM途径控制，促进了反应动力学。
示意图：铱团簇稳定无定形金属硼化物表面重构氢氧化物的催化机理图解。
图1：电化学活化前（a）后（b）的Ir/CoNiB和的SEM图像。电化学活化前Ir/CoNiB的TEM图像（c）和像差校正TEM图像（d）。（e、 f）电化学活化后Ir/CoNiB中Ir/OOH的TEM图像。（g）电化学活化后Ir/CoNiB中Ir/OOH的HADDF-STEM图像的元素mapping。（h）电化学活化前Ir/CoNiB 的AC-TEM图像的元素mapping。
图2: XPS和X射线吸收特性a：CoB、CoNiB和Ir/CoNiB的Co 2p。b：Ir/CoNiB和Ir/CoNiB的Ir 4f。c：Ir L3-edge XANES。d ：Ir L3-edge EXAFS。E：Ir/CoNiB和模拟EXAFS光谱的相应基于模型的Ir EXAFS拟合。F：Ir/CoNiB的原位拉曼光谱。
图3：OER性能。（a）OER极化曲线（b）各种金属硼化物的典型电流密度（c）塔菲尔斜率。（d）Ir/CoNiB（蓝）的TOF值，以及报道的催化剂。（e）250 mV过电位下的Nyquist图。（f）Ir/CoNiB的电流密度-时间曲线。
图4:OER活性的pH依赖性,a、 b，CoNiB（a）和Ir/CoNiB（b）的极化曲线。c、 在1.5 V vs.RHE作pH值的函数。d、 用18O同位素标记的催化剂检测生成的氧分子的质谱信号。e、 f，在1 M KOH和1 M TMAOH中，CoNiB （e）和Ir/CoNiB（f）的极化曲线和导出的塔菲尔斜率（插图）。
图5:全水解性能，a、两电极系统在1M KOH和25℃下的极化曲线。b、在60℃下，两电极系统在6 M KOH中的极化曲线。c、双电极系统的电流密度-时间曲线。
图6:CoNiOOH和IrCoNiOOH的OER理论活性，（a）CoNiOOH的AEM路径和（b）Ir/CoNiOOH的LOM路径示意图。（c）CoNiOOH的AEM途径和Ir/CoNiOOH的LOM途径的吉布斯自由能示意图示意图。
参考文献
Hou, J., Wang, C., Zhai, P., Xia, M., Wu, Y., Zhang, B., Li, Z., Ran, L., Gao, J., Zhang, X., Fan, Z. and Sun, L. (2021), Engineering lattice oxygen activation of iridium clusters stabilized on amorphous bimetal borides array for oxygen evolution reaction. Angew. Chem. Int. Ed. Accepted Author Manuscript. https://doi.org/10.1002/anie.202112870.
