武汉理工Angewandte：硼诱导间隙效应驱动有序Ir-B化合物的水氧化
(a)制备IrB1.1的示意图。(b)合成材料的XRD图谱及IrB1.1的晶体结构。(c) IrB1.1的BF和HAADF-STEM图像。(d) IrB1.1沿[100]方向的晶体结构和(e) FFT图。(f-j) Ir和b的STEM图像和对应的原子能谱元素图(k, l)分别为图i和图j对应的线扫描剖面图。
(a) IrB1.1的b1s XPS光谱。(b) Ir和IrB1.1的Ir 4f XPS光谱。(c) Ir箔、IrO2和IrB1.1在Ir L3边缘的XANES光谱。(d) Ir箔、IrO2和IrB1.1的Ir k空间振荡。(e) Ir箔、IrO2和IrB1.1的EXAFS光谱的傅里叶变换。(f) IrB1.1的Ir L3边缘EXAFS拟合曲线。(g-i) Ir箔、IrO2和IrB1.1的Ir l3边缘WT-EXAFS。
(a) Ir、Ir- IrB0.9 -IrB1.1、Ir-IrB1.1、IrB1.1和IrO2在0.5 M H2SO4中的OER极化曲线。(b)对应的10 mA cm-2过电压。(c) Ir、Ir- IrB0.9 -IrB1.1、Ir-IrB1.1、IrB1.1和IrO2的Tafel斜率。(d)在105-0.01 Hz频率范围内，过电位为300 mV时Ir、Ir-IrB0.9 -IrB1.1、Ir-IrB1.1和IrB1.1的Nyquist图。(e) Ir、Ir- IrB0.9 -IrB1.1、Ir-IrB1.1和IrB1.1的Cdl。(f) 1000 CVs前后极化曲线。(g) IrB1.1和IrO2的恒流稳定性测试。(h)合成的IrB1.1或商用IrO2作为阳极催化剂，Pt/C作为阴极催化剂，测量全水解。
PEMWE器件性能。典型PEMWE器件的原理图(a)和照片(b)。(c) PTL和压敏纸的表面应力分布云图。(d)以合成的IrB1.1或商业IrO2为阳极，Pt/C为阴极，在80℃下测量的PEMWE极化曲线。没有对电池电压进行iR补偿。(e) IrB1.1 / Pt/C随时间变化的电流密度曲线。
(a)施加过电位分别为0和1.23 V(vs RHE)时，Ir、IrB1.1和IrO2上OER过程的自由能分布图。(b)在已建成模型上的Ir站点的PDOS。(c) IrB1.1的波段示意图。(d) IrB1.1模型二维切片的电荷密度差。
(a)计算得到的IrB1.1和IrO2中Ir的脱金属能。(b)在普通0.5 M H2SO4中，IrB1.1在OCP ~1.6 V与RHE电位范围内记录的Operando拉曼光谱。(c) IrO2中Ir-O波段和IrB1.1中Ir-B键的COHP。(d) IrO2和IrB1.1中Ir-O和Ir-B到费米能级的综合COHP比较。(e) IrO2和IrB1.1的投影密度。反键态用灰色区域表示。(f)轻硼诱导的间隙效应对IrB1.1稳定性的示意图。
综上所述，我们构建了有序填充轻B原子的金属间化合物IrB1.1作为酸性OER催化剂，并揭示了诱导间隙效应对提高催化活性和稳定性的作用。引入的B与宿主Ir原子形成供体-受体结构，调节Ir的电子态和配位环境，从而优化OER中间体的吸附，降低速率决定步骤的热力学势垒。此外，这种有序填充形成的周期性结构限制了Ir通过强主客体电子耦合的溶解和重构。因此，定制的IrB1.1实现了酸性介质中OER活性和稳定性的综合提高，并实现了PEMWEs的长期运行。毫无疑问，这项工作揭示的间隙效应加深了对相关催化机制的理解，并刺激了酸性OER催化剂的开发。
Boron‐Induced Interstitial Effects Drive Water Oxidation on Ordered Ir‐B Compounds - Chen - Angewandte Chemie International Edition - Wiley Online Library