Insufficient bifunctional activity of electrocatalysts for oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) is the major obstruction to the application of rechargeable metal–air batteries. The primary reason is the mutual constraint of ORR and OER mechanism, involving the same oxygen‐containing intermediates and demonstrating the scaling limitations of the adsorption energies. Herein, it is reported a high‐valence Ir single atom anchored on manganese oxide (IrSA‐MnOx) bifunctional catalyst showing independent pathways for ORR and OER, i.e., associated 4e− pathway on high‐valence Ir site for ORR and a novel chemical‐activated concerted mechanism for OER, where a distinct spontaneous chemical activation process triggers direct O─O coupling. The IrSA‐MnOx therefore delivers outstanding bifunctional activities with remarkably low potential difference (0.635 V) between OER potential at 10 mA cm−2 and ORR half‐wave potential in alkaline solution. This work breaks the scaling limitations and provides a new avenue to design efficient and multifunctional electrocatalysts.

中文翻译：

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通过直接 O−O 偶联在 MnOx 上的高价 Ir 单原子上打破双功能氧电催化的相互制约。


用于氧还原反应 （ORR） 和析氧反应 （OER） 的电催化剂双功能活性不足是可充电金属-空气电池应用的主要障碍。主要原因是 ORR 和 OER 机制的相互制约，涉及相同的含氧中间体，并证明了吸附能的缩放限制。在此，报道了锚定在氧化锰 （IrSA-MnOx） 双功能催化剂上的高价 Ir 单原子，显示出 ORR 和 OER 的独立途径，即 ORR 的高价 Ir 位点上的相关 4e− 途径和 OER 的新型化学激活协同机制，其中独特的自发化学活化过程触发直接 O─O 偶联。因此，IrSA-MnOx 具有出色的双功能活性，10 mA cm-2 的 OER 电位与碱性溶液中的 ORR 半波电位之间的电位差非常低 （0.635 V）。这项工作打破了规模限制，为设计高效和多功能的电催化剂提供了新的途径。