电解水为缓解全球能源和环境危机提供了一种有希望的能量转换和存储技术，然而，目前仍然缺乏高效和pH通用的电催化剂来增强阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER）的反应动力学。

近日，新加坡南洋理工大学刘斌教授，南方科技大学Cong-Qiao Xu报道了一种高效、耐用的双功能电催化剂，即均匀分散、超细、N，S配位的Ir纳米团簇嵌入在N，S掺杂的石墨烯上（Ir-NSG），用于HER和OER。合成的Ir-NSG催化剂在所有pH条件下都表现出比大多数报道的最先进的HER和OER催化剂更好的活性，并且特别的质量活性超过基准的商业Pt/C和Ir/C催化剂。

文章要点

1）欠电位沉积氢（HUPD）和甲醇氧化实验的结果表明，Ir-NSG催化剂高的本征催化活性来源于优化的氢和氧中间体结合能，其可以促进HER和OER的动力学。在原子水平上，密度泛函理论（DFT)和Operando X射线吸收精细结构(XAFS)研究证实了这种最佳结合能是由Ir中心与N和S键合的独特电子态和配位环境引起的。

2）Ir-NSG催化剂在所有pH值下直接集成为水电解池中的阳极和阴极电极时，都表现出卓越的性能，面电流密度达到10 mA cm^-2，在中性、酸性和碱性电解液中的总分水过电位分别低至300，190和220 mV，有望作为下一代水分解技术的有前途的高效电催化剂。

Wang, Q., Xu, C., Liu, W. et al. Coordination engineering of iridium nanocluster bifunctional electrocatalyst for highly efficient and pH-universal overall water splitting. Nat Commun 11, 4246 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-18064-w

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18064-w