NiO基电催化析氧反应（OER）是一种极有前途的制备清洁氢气燃料的方法。但是，其OER性能仍然很低，特别是在电流密度为10 mA cm⁻²时，过电位超过了200 mV。

近日，陕西师范大学刘生忠教授，Junqing Yan报道了将单原子（SA）Ir⁴⁺掺杂和表面金属Ir纳米颗粒负载到NiO上，制备了一种Ir@IrNiO样品。

文章要点

1）研究发现，由于负载的Ir与表面暴露的Ni²⁺键合，附近的Ni原子以+3价态存在，即负载的Ir颗粒起到了稳定Ni³⁺中心的作用。

2）实验结果显示，在SA Ir⁴⁺和Ni³⁺高价态的协同作用下，Ir@IrNiO纳米结构在电流密度为10 mA cm⁻²时有效地将OER过电位降低到195 mV。在1.5 V下，Ir含量归一化的电流密度为0.0457 A mg_Ir⁻¹，是商品化最好的IrO₂催化剂（6.33×10⁻⁴ A mg_Ir⁻¹）的72.1倍。

3）Operando拉曼光谱和X射线吸收精细结构分析表明，在较低的电压下，Ni³⁺的表面活性物种较多，吸附并活化水分子生成Ni³⁺–*OH，在较高的偏压下形成Ni⁴⁺–·O中间体，然后在较高的偏压下，·O转移到SA Ir⁴⁺位与-OH生成Ir⁴⁺–O-O。

这项工作有助于设计更多基于SA的高活性OER电催化剂。

参考文献

Meng Liu, et al, Single-Atom Doping and High-Valence State for Synergistic Enhancement of NiO Electrocatalytic Water Oxidation, Small 2021

DOI: 10.1002/smll.202102448

https://doi.org/10.1002/smll.202102448