JACS：调控单原子Ir配位结构增强电催化制氯性能

纳米技术

2024-03-19

产氯反应CER（chlorine evolution reaction）是工业制备氯气的过程，但是产氯反应非常依赖于在Ti基底修饰大量Ru/Ir氧化物并构成结构稳定的阳极。为了实现可持续发展要求，减少贵金属的用量并且改善催化剂的性能非常关键。

有鉴于此，上海交通大学张礼知、么艳彩、占光明等报道无定形TiO₂表面结构对于调控和稳定Ir单原子的配位结构和发展高效率的耐久CER反应非常重要。

本文要点

（1）

通过实验和理论计算发现无定形TiO₂和晶化的TiO₂表面分别能够形成四配位的Ir₁O₄和六配位Ir₁O₆位点，而且Ir₁O₄位点实现优异的CER性能，Ir₁O₄的性能达到Ir₁O₆位点的质量活性的10倍，比稳定阳极的质量活性高500倍。而且Ir₁O₄位点催化剂能够稳定工作超200 h，显著超过了Ir₁O₆的稳定工作时间（2h）。

（2）

机理研究结果显示，Ir₁O₄的不饱和Ir是CER反应位点，但是Ir₁O₆的顶配位O原子是CER反应位点。这种催化位点的变化能够影响Cl物种的吸附能，因此导致Ir₁O₄与Ir₁O₆之间表现不同的CER催化反应活性。无定形的结构和Ir₁O₄位点受限的水分解同时阻碍氧物种渗透到Ti基底，因此表现优异的CER长期催化稳定性。

这项研究展示单原子配位结构的重要作用，为制备高活性单原子CER催化剂提供一种非常简单的表面TiO₂无定形化方法。

参考文献

Jiaxian Wang, Long Zhao, Yunjie Zou, Jie Dai, Qian Zheng, Xingyue Zou, Lufa Hu, Wei Hou, Ruizhao Wang, Kaiyuan Wang, Yanbiao Shi, Guangming Zhan*, Yancai Yao*, and Lizhi Zhang*, Engineering the Coordination Environment of Ir Single Atoms with Surface Titanium Oxide Amorphization for Superior Chlorine Evolution Reaction, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.3c13834

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c13834