Angew综述:Ir催化剂溶解和OER活性关系

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目前质子交换膜电解池是否能够大规模应用仍存在争议,因为质子交换膜电解池器件严重依赖含量较低的Ir作为OER催化剂,这个过程同样是导致器件能量损失的主要原因。因此理解不同Ir催化剂的催化活性和稳定性区别对于实现大规模大量制备绿氢非常重要。目前人们发现结构能够对催化剂的溶解性影响显著,是主要的催化剂降解机理。


有鉴于此,斯洛文尼亚新戈里察大学Nejc Hodnik、德国于利希研究中心Serhiy Cherevko综述报道目前人们对不同先进的Ir催化剂的溶解与催化剂不同结构的关系、相关的OER催化反应机理的关系进行总结,对OER电催化剂的发展方向进行展望,并且提出可能的趋势和方向。




本文要点


要点1. 通过将近十年的深入研究,目前人们对金属Ir相关的薄膜等材料在OER催化反应过程中的溶解过程进行理解,而且这种过程的相关理解目前达到了比较深入和完善的程度。OER反应过程在不同程度上能够影响氧化物材料的结构稳定性,因此对不同因素导致催化剂溶解的过程进行总结。


要点2. OER催化反应过程中,由于晶格氧的参与导致晶格的稳定性降低,这种稳定性降低现象对于无定形结构材料更加显著。消除氧原子导致形成的氧空穴位点能够通过吸附水分子或者体相氧原子转移补充空穴氧,这种过程无法避免产生界面晶格重构。晶格氧能够与水分子中的氧交换。氧的变化过程是人们合成设计催化剂中希望避免的,但是仍然需要能够实现切断以及生成化学键的能力。此外,溶解在电解液中的物种能够重新沉积在催化剂的表面。这种过程导致催化剂变得更加呈现无定形而且更容易溶解。


Anja Lončar,Daniel Escalera,Serhiy Cherevko,Nejc Hodnik, Interrelations of Oxygen Evolution and Iridium Dissolution Mechanisms, Angew. Chem. Int. Ed. 2021
DOI: 10.1002/anie.202114437
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202114437


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