Bi-directional strains increase the performance of iridium oxide nanoparticles towards the acidic oxygen evolution reaction in proton exchange membrane electrolyzers

文献情報

出版日 2023-09-25
DOI 10.1039/D3QI01609A
インパクトファクター 6.569
著者

Xiao Wu, Shaoyun Hao, Yi He


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要旨

The challenge of achieving high-performance iridium-based catalysts towards the oxygen evolution reaction (OER) in proton exchange membrane (PEM) electrolyzers remains unresolved due to the highly acidic catalyst/PEM interface and oxidation conditions. To address this issue, we introduce core–shell structured Sb0.3Ir0.7Ox@TB-IrOx nanocatalysts featuring twin boundaries (TBs) with bi-directional (shear and axial) strains that exhibit a remarkably low overpotential of 201 mV at 10 mA cm−2 towards the OER in 0.5 M H2SO4. Moreover, Sb0.3Ir0.7Ox@TB-IrOx displays outstanding mass activity of 3.16 A mg per Ir (η = 270 mV), which is 26.2 times better than that of commercial IrO2. The enhanced catalytic activity is attributed to the tuned Ir–O bond lengths along the bi-directional strains, caused by twin boundaries and the core–shell structure, optimizing oxygen intermediate adsorption energy, as supported by microscope characterization and theoretical calculations. Furthermore, a PEM electrolyzer employing the Sb0.3Ir0.7Ox@TB-IrOx nanocatalyst maintains a cell voltage of 2.03 V at 2.0 A cm−2 and exhibits negligible decay in efficiency even after 500 hours of continuous operation.

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Inorganic Chemistry Frontiers publishes research articles, reviews, notes, comments and methods covering all areas of inorganic chemistry. Emphases are placed on interdisciplinary studies where inorganic chemistry and organometallic chemistry meet related areas, such as catalysis, biochemistry, nanoscience, energy and materials science. For publication in Inorganic Chemistry Frontiers, papers should report high-quality work of exceptional novelty, which will be of significant interest to the wide readership of the journal.

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