Янусоподобное электронное состояние закреплённых нанокластеров иридия для устойчивого щелочного электролиза воды

Электронные взаимодействия между металлом и носителем играют ключевую роль в инициировании спилловера водорода (HSo), повышающего скорость реакции выделения водорода (HER). Для этого закреплённый металл должен находиться в электронно-обогащённом состоянии, способствующем адсорбции и спилловеру протонов. Однако такое электронно-обогащённое состояние металла противоречит традиционной модели переноса электронов от металла к носителю и несовместимо с выделением кислорода (OER), сопровождающимся отдачей электронов, особенно в щелочных условиях с низким содержанием протонов. В настоящей работе исследована структура носителя Ir/NiPS3 для изучения электронных состояний иридия и его характеристик в интегрированном процессе щелочного электролиза воды с участием HSo и OER. Показано, что закреплённый иридий характеризуется янусоподобными электронно-обогащённым и электронно-дефицитным состояниями в области вершины и на границе раздела соответственно, что способствует протеканию процессов HSo и OER. В результате электролиз воды эффективно осуществляется при напряжении 1,51 В и плотности тока 10 мА см–2 в течение 1000 ч в 1 M KOH, а также при 1,44 В в электролите мочевина–KOH. Данная работа показывает, что янусоподобное электронное состояние имеет фундаментальное значение для обоснования эффективных катализаторов электролиза воды на основе системы металл–носитель.