電催化整體水分解是一種很有前途的制氫方法，在原子水平上合理設計催化劑對于降低析氫和析氧反應（HER/OER）中的能量勢壘至關重要。

基于此，北京化工大學宋宇飛教授等人報道了NiFe-LDH負載的NiIr單原子（NiIrSAA-NiFe-LDH）和NiFe-LDH負載的Ir單原子（IrSAC-NiFe-LDH）用于整體水分解。 在電流密度為10 mA cm-2時，所制備的NiIrSAA-NiFe-LDH在HER和OER中過電位分別為28.5 mV和194 mV。

此外，由NiIrSAA-NiFe-LDH和IrSAC-NiFe-LDH組裝的電解槽在10 mA cm-2下具有1.49 V的低電池電壓，在200 mA cm-2下整體水分解具有超過120 h的長期穩(wěn)定性，估計每千克H2的成本為1.12美元。

通過DFT計算發(fā)現(xiàn)，對于NiIrSAA-NiFe-LDH，元素Ir表現(xiàn)出局部電子積累（-0.15 e），元素Ni表現(xiàn)出局部電子耗盡（0.15 e），表明NiIrSAA中的電子從Ni轉(zhuǎn)移到Ir，而IrSAC-NiFe-LDH的Ir（1.34 e）和Ir相鄰的Ni（0.89 e）都失去了電子，并且電子傾向于在O原子周圍積聚，表明電子從Ir和Ir相鄰的Ni轉(zhuǎn)移到氧。

從HER中的Tafel斜率可以看出，2H*→2* + H2是決定速率的步驟，作者計算了H吸附的自由能（ΔGH*）。對于NiIrSAA-NiFe-LDH，計算出Ir上的H*吸附ΔG值為-1.52 eV，高于Ni上的H*吸附ΔG值（-0.17 eV）。因此，NiIrSAA的Ni位點被認為是HER中的活性位點。

此外，作者計算出IrSAC-NiFeLDH最可能的吸附位點為Ir附近的Ni位點，吸附能最低為-1.367 eV，NiIrSAA-NiFe-LDH的最佳吸附位點為Ir附近的NiIrSAA的Ni位點。對于IrSAC-NiFe-LDH和NiIrSAA-NiFe-LDH，OER過程傾向于在Ni位點進行，其中*OH中間體首先被吸附，然后依次演化為*O、*OOH和O2。

計算結果表明，IrSAC-NiFe-LDH和NiIrSAA-NiFe-LDH的RDS都是氧的形成，而NiFe-LDH的RDS是O*向OOH*的轉(zhuǎn)化。IrSAC-NiFe-LDH、NiIrSAA-NiFe-LDH和NiFe-LDH對應的RDS值分別為0.57、0.91和1.45 eV，表明IrSAC-NiFe-LDH的能壘最低。結果表明，單原子價態(tài)Ir誘導的電荷重分配成功調(diào)節(jié)了RDS的中間吸附能，促進了OER反應動力學。

Atomic Modulation of Single Dispersed Ir Species on Self-Supported NiFe Layered Double Hydroxides for Efficient Electrocatalytic Overall Water Splitting. ACS Catal., 2023, DOI: https://doi.org/10.1021/acscatal.3c02628.