Developing efficient and durable electrocatalysts for hydrogen production from water splitting via the oxygen evolution reaction (OER) is a significant challenge. To address this issue, we designed a Ni and trace amount of Ir incorporated ZnO heteroelectrocatalyst on nickel foam (Ir/Ni–ZnO@NF) using a facile and scalable dip-coating method without any binder. The incorporation of Ir and Ni into the ZnO host material enables the formation of an even thin film without surface cracking, facilitates residual stress relaxation, and significantly enhances OER activity. Our systematic study revealed that increased Ir incorporation in the Ir/Ni–ZnO enhances the Ni³⁺ content, leading to improved OER performance. The optimized Ir/Ni–ZnO exhibited excellent OER catalytic performance with an overpotential of 294.4 mV at 100 mA cm^–2 and a Tafel slope of 66.89 mV dec^–1. Additionally, we investigated the optimized Ir/Ni–ZnO@NF as the anode electrode of a practical anion exchange membrane water electrolyzer (AEMWE). The enlarged Ir/Ni–ZnO@NF anode electrode (3 cm × 3 cm) exhibited a cell voltage of 1.975 V at a current density of 8 A cm^–2 and stable operation over 17 h in the AEMWE system. These findings confirm the development of high-performing and durable heterocatalysts, and their promising scalable and practical application for hydrogen production by water-splitting.

中文翻译：

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通过掺入 Ni 和痕量级 Ir 来提高惰性 ZnO 的析氧反应性能，用于可扩展的工业级水分解催化剂


开发高效耐用的电催化剂，通过析氧反应 （OER） 从水分解中制氢是一项重大挑战。为了解决这个问题，我们在泡沫镍 （Ir/Ni–ZnO@NF） 上设计了一种 Ni 和痕量的 Ir 掺入 ZnO 杂电催化剂，使用一种简单且可扩展的浸涂方法，无需任何粘合剂。Ir 和 Ni 掺入 ZnO 主体材料中可以形成均匀的薄膜而不会产生表面开裂，促进残余应力松弛，并显着增强 OER 活性。我们的系统研究表明，Ir/Ni-ZnO 中 Ir 掺入的增加提高了 Ni³⁺ 含量，从而提高了 OER 性能。优化的 Ir/Ni-ZnO 表现出优异的 OER 催化性能，在 100 mA ^cm–2 时过电位为 294.4 mV，塔菲尔斜率为 66.89 mV dec^–1。此外，我们还研究了优化的 Ir/Ni-ZnO@NF 作为实用阴离子交换膜水电解槽 （AEMWE） 的阳极电极。扩大的 Ir/Ni-ZnO@NF 阳极电极 （3 cm × 3 cm） 在 8 A cm^–2 的电流密度下表现出 1.975 V 的电池电压，并在 AEMWE 系统中稳定运行超过 17 小时。这些发现证实了高性能和耐用的杂催化剂的开发，以及它们在通过水分解制氢方面的有前途的可扩展和实际应用。