电化学析氧反应(OER)是许多能量转换/储存系统，例如电/光驱动的水分解、电还原氮气(NRR)和二氧化碳还原(CO2RR)的关键半反应。OER活性依赖于中间物质(*O，*OH和*OOH)在电极表面可用的活性位点上的吸附强度，以及电催化剂的电导率。通常，从*O到*OOH的转化属于催化剂OER的限速步骤。极强的*O吸附，以及*OOH的弱吸附，严重阻碍了OER的性能。实现从O 2p轨道向缺电子的金属(t2g)d-轨道的有效π捐赠以分别调谐的*O和*OOH吸附，是增强析氧反应(OER)性能的一个必要条件。
基于此，浙江大学梁成都、凌敏、Waqar Ahmad和杭州电子科技大学闫文君等制备了一种仿生蜂窝(BHC)状纳米结构催化剂(Ir1−x(Ir0.8V0.2O2)x-BHC)，并通过O2−π对称孤对的强π捐赠实现电子从富电子t2g轨道到缺电子t2g轨道的转移。理论计算表明，Ir1−x(Ir0.8V0.2O2)x-BHC中，在t2g−轨道(t2g1eg0)中具有未配对电子的V4+离子更有利于从O 2p到V 3d的π捐赠，O 2p和Ir 5d之间的排斥将得到缓解，从而导致在V−O−Ir单元中从电子Ir到V的转移。因此，引入V提高了Ir1−x(Ir0.8V0.2O2)x-BHC的d带中心，增加了费米能级(EF)附近活性中心的态密度(DOS)，这反过来又可以调节含氧中间体的吸附，以降低速率控制步骤(RDS)的能垒，从而实现对OER的高效稳定电催化。因此，所制备的Ir1−x(Ir0.8V0.2O2)x-BHC催化剂在酸性介质表现出优异的OER活性。在0.1 M HClO4溶液中，该催化剂在10 mA cm−2电流密度下的过电位仅为238 mV，Tafel斜率为39.87 mV dec−1。此外，Ir1−x(Ir0.8V0.2O2)x-BHC在10 mA cm−2电流密度下连续运行130小时而没有发生明显的活性下降，表明其具有优异的稳定性。综上，该项工作通过调整催化剂的电子特性显著提高了其稳定性，而且为设计强大的仿生纳米结构以在酸性环境中获得优异的电催化活性和耐久性提供了指导。V-Integration Modulates t2g-Electrons of a Single Crystal Ir1-x(Ir0.8V0.2O2)x-BHC for Boosted and Durable OER in Acidic Electrolyte. Small Methods, 2023. DOI: 10.1002/smtd.202201247
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