研究內容：
設計經濟高效的電催化劑是開發質子交換膜水電解槽的必要條件。在此，我們報道了一種由機械化學方法制備的鈷氧化物與銥單原子（Ir-Co3O4）催化劑。操作x射線吸收光譜顯示，在Ir原子的反應過程中被部分氧化為活性Ir>4+，同時Ir和Co原子它們的橋接親電O配體作為活性位點，共同提高了性能。理論計算進一步揭示了孤立的Ir原子可以有效地提高電導率，優化能勢壘。因此，在酸性條件下，Ir-Co3O4表現出比IrO2明顯更高的質量活性和周轉頻率。此外，催化劑的制備可以很容易地擴大到每批克級。目前的方法強調了構建具有實際應用的成本效益的金屬氧化物催化劑的概念。
要點一：
在這項工作中，作者采用了一種簡單而經濟的策略，通過機械化學方法制備摻雜在尖晶石Co3O4中的原子分散的Ir原子（Ir-Co3O4）。通過引入微量的Ir（約為1.05%），Ir-Co3O4在電流密度為10 mA cm?2的酸性介質中顯示出顯著的236 mV的OER過電位，明顯低于制備的Co3O4（412 mV）。在300 mV的過電位下，Ir-Co3O4的歸一化質量活性和TOF值分別可以達到比商業IrO2高近兩個數量級。同時，在Co3O4的晶格中加入Ir單原子后，穩定性也可以延長更長的時間。
要點二：
而隨著電壓升高而升高的價態表明，高價Ir和Co原子及其橋接的親電O配體都是活性位點，共同負責電化學反應中的電荷轉移。密度泛函理論（DFT）計算表明，加入的Ir單原子可以提高電子電導率和降低反應能壘，從而產生了較高的OER催化活性。
圖1.Ir-Co3O4的結構表征。（a）Ir-Co3O4的SEM、(b) TEM、(c) AFM和(d) HR-TEM圖像。(c)中的插圖是Ir-Co3O44沿虛線的高度輪廓。（e）Ir-Co3O4的AC HAADF-STEM圖像和相應的FFT圖像（插圖）。（f）在(e)中擴大的區域，其中Ir單個原子用圓圈標記，以及(g)沿虛線矩形的強度輪廓。（h）(e)中所選區域的三維原子重疊高斯函數擬合映射。（i）?AC HAADF-STEM圖像和相應的Ir-Co3O4的元素映射。
圖2.Ir-Co3O4的電子和原子結構分析。（a）Ir-Co3O4和IrO2的Ir 4f XPS光譜。（b）Ir-Co3O4和Co3O4的Co 2p XPS譜和(c)O1 s XPS譜。（d）在Ir-Co3O4、Ir箔和IrO2上的Ir-L3邊緣的XANES光譜。（e）Ir-L3邊緣EXAFS譜和(f)相應的Ir-Co3O4、紅外箔和IrO2的小波變換k3加權EXAFS譜。（g）Ir-Co3O4和Co3O4的歸一化的Co-K邊緣XANES譜和(h) Co-K邊緣XANES譜。
圖3.Ir-Co3O4的電化學OER性能。（a）Ir-Co3O4、IrO2、Co3O4和C-Co3O4在0.5 M硫酸中5 mV?1掃描速率下的極化曲線。（b）由(a)中的極化曲線得到的Tafel圖（c）Ir-Co3O4、IrO2、Co3O4和C-Co3O4對應的比活性。（d）已報道的Ir基OER電催化劑中過電位和Tafel圖的比較。（e）Ir-Co3O4和IrO2上歸一化為Ir質量的質量活性的比較。（f）?EIS Nyquist圖。（h）用ICP-OES測定電解液中Ir-Co3O4、IrO2、Co3O4和C-Co3O4的溶解Ir（左y軸）和Co（右y軸）離子濃度。（i）在Ir-Co3O4上的一系列過電位范圍內產生O2量和相應的法拉第效率。
圖4.?Ir-Co3O4的操作XANES分析和能量特性。（a）在OER操作后，在原始狀態、OCP、OER1.6V和OCP操作條件下，在0.5 M硫酸下測量Ir-Co3O4的Ir-l3邊XANES和(b)的Co?k邊XANES。以Ir箔和IrO2的紅外l3邊XANES和Co3O4的Co?k邊XANES作為參考。（c）所有測量XANES的白線位置和吸收邊緣位置。（d）Ir-Co3O4上電荷密度差的頂部和側面。（e）Ir-Co3O4和Co3O4的d波段中心的比較。(f)Ir-Co3O4和(g)Co3O4對應的Co?3d、O?2p和Ir 5d pDOS光譜。（g）在1.23 V過電位下，催化劑Ir位和Co位的四電子OER過程的吉布斯自由能圖。
參考文獻：
Zhu, Y., Wang, J., Koketsu, T.?et al.?Iridium single atoms incorporated in Co3O4?efficiently catalyze the oxygen evolution in acidic conditions.?Nat Commun?13, 7754 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-35426-8
