Lorenz J. Falling* Woosun Jang Sourav Laha Thomas Götsch Maxwell W. Terban Sebastian Bette Rik Mom Juan-Jesús Velasco-Vélez Frank Girgsdies Detre Teschner Andrey Tarasov Cheng-Hao Chuang Thomas Lunkenbein Axel Knop-Gericke Daniel Weber Robert Dinnebier Bettina V. Lotsch Robert Schlögl Travis E. Jones* J. Am. Chem. Soc. 2024, XXXX, XXX, XXX-XXX

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c10312

題目 : 從原子角度說明奈米片水反應競爭優勢原因

電催化反應中氧氣析出（OER）過程大多在能源轉換過程中提供質子來源，例如從水中生產綠氫或從二氧化碳中製造甲醇都被證實，而過氫氧化銥（Iridium oxohydroxides, IOHs）是OER反應的卓越催化劑，因為它可在酸性電解質中實現了活性與穩定性之間的獨特平衡。早期研究指出IOHs會隨著原子結構的不同而變化其平衡態，雖然非晶態IOHs的性能最好，但其酸性電解質中穩定性最差，而晶態IOHs則相反，它們可保持較好催化穩定性但有較差活性，透由經驗法則可減少稀有IOHs催化劑的用量，且能保持催化性能，但IOHs原子層面與活性和穩定性關聯尚未完全理解，阻礙了未來合理設計。在此，我們設計了奈米晶態IrOOH作為主要材料，發現其優異的催化劑利用率和可預測的結構，因爲晶態IOHs的化學穩定性，造成其活性超過了非晶態IOHs。IrOOH的三角氧稠密鍵合提供了結構完整性，且電子間隙狀態允許可逆的還原行為，減少了還原電位的破壞性影響，其反應性來自於具有自由基特徵的配位不飽和邊緣位點，即氧基自由基(μ_1-O oxyls)。通過與其他文獻比較，我們總結出了一套簡單的規則，能夠根據原子模型預測IOHs的穩定性和反應性。我們希望這些規則能啟發未來OER催化劑的原子設計策略。