论文DOI：10.1002/adfm.202111989利用速率方程研究Ir@Co3O4电催化OER过程，揭示了Ir与Co3O4的协同作用机理。OER是众多电化学能源技术中的关键反应，但高活性的OER通常依赖于成本较高的Ir、Ru等贵金属。贵金属-非贵金属复合是构建高活性、低成本电催化剂的有效策略。近年来，研究者将高分散的贵金属位点负载于非贵金属基底，极大提升了贵金属的利用率。然而，目前对非贵金属基底的选择仍然缺乏指导性策略。本文研究了贵金属-非贵金属的协同作用机理，提出了非贵金属基底的选择依据：合适的非贵金属基底应当在OER电位附近具有赝电容特征。1. 利用速率方程研究Ir@Co3O4电催化OER过程，证明Ir位点提供了较高的反应级数，Co3O4用于收集充足的正电荷，二者协同实现高速率的OER反应。2. 结合电化学测试与DFT计算，证明Ir位点的高反应级数源于其较高的本征动力学，Co3O4优秀的电荷收集能力主要源于赝电容行为。3. 将Ir@Co3O4应用于可充电Zn-空气电池，证明高OER活性能有效降低充电电位，缓解空气电极在充电过程中的氧化腐蚀，延长电池寿命。ICP显示Ir@Co3O4的Ir含量为1.4 wt%。拉曼图谱显示Ir@Co3O4保持与原始Co3O4相同的物相结构（图1a）。STEM显示Ir位点以原子级的高分散形式锚定在Co3O4基底上（图1b）。同步辐射显示Ir@Co3O4中的Ir为金属态（图1c-d）。▲图2. 电化学活性、电荷收集性质、及速率方程分析
极化曲线显示了Ir@Co3O4的良好OER活性（图2a）。利用电势阶跃法（图2b）可测得材料在确定电位下的电荷累积密度。结合材料的电荷-电势曲线与电流-电势曲线（图2c）可知，催化剂需要积累足够的正电荷才能启动OER反应。图2d显示Co3O4优秀的电荷收集能力主要源于其赝电容行为。图2d利用速率方程分析了电流-电荷的定量关系，证明了Ir位点的高反应级数。通过Tafel曲线（图3a）,电化学阻抗Bode图的峰值频率（图3b），以及DFT计算的OER能垒(图3c)评估材料的本征动力学，发现其与材料的反应级数呈现相同趋势，证明反应级数受本征动力学控制。▲图4. 锌-空气电池应用及循环测试后空气电极的表征
锌-空气电池循环测试表明Ir@Co3O4的高OER性能可有效降低充电电位（图4a）。循环测试后的溶液颜色（图4b），电极照片（图4c-f），以及拉曼图谱（图4g）表明较低的充电电位可有效抑制空气电极的氧化腐蚀，从而提升电池寿命。这项工作揭示了贵金属和非贵金属在氧析出过程中的不同作用和协同机理，强调了赝电容特征对非贵金属基底的重要意义，从而为未来电催化剂发展提供指导。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202111989
