近日，太原理工大学化学与化工学院李晋平教授团队刘光教授课题组在质子交换膜（PEM）电解水制氢领域取得进展，提出一种高效稳定的阳极侧的氧析出反应（OER）电催化剂新思路，相关研究成果发表在Advanced Functional Materials上。

电化学水分解被视为生产氢气的一种环保且可持续的技术。然而，PEM水电解中，OER过程复杂，涉及多步质子-电子转移及多个氧中间体的形成，这为催化剂的设计和优化带来了挑战。

研究采用等离子辅助方法在多种金属氧化物中引入氧空位。这一处理使得氧化物表面充满缺陷，能够为IrO₂的负载提供更强的结合位点。研究通过将IrO₂固定在这些富缺陷的氧化物表面上，实现了IrO₂催化剂与载体之间的强氧化物-载体相互作用（SOSI），增强了催化剂在酸性OER中的稳定性和活性。

研究结果表明，IrO₂/Nb₂O_5-x催化剂在酸性OER中具有显著的电催化性能，其在10 mA cm^?2电流密度下的过电位低至225 mV，是目前最优的催化剂之一。此外，IrO₂/Nb₂O_5-x在多种电流密度下表现出超过200小时的优异稳定性。

为了进一步揭示IrO₂与Nb₂O_5-x之间的相互作用机制，研究进行了密度泛函理论（DFT）计算。计算结果表明，这种SOSI效应不仅增强了IrO₂的活性，还防止了其在高电位下的过度氧化，提高了催化剂的耐久性。

团队将IrO₂/Nb₂O_5-x用作PEM电解槽的阳极催化剂进行了实际测试，结果表明，该催化剂在1000 mA cm^?2的高电流密度下能够稳定运行200小时，IrO₂/Nb₂O_5-x在运行过程中还表现出极低的能耗。

研究提供了一种有效的策略，通过引入氧空位和增强强氧化物-载体相互作用，显著提升Ir基催化剂的性能。这种策略可以进一步推广到其他氧化物载体，为设计高效、稳定的OER电催化剂提供了新的思路，还为实现低成本、高效率的酸性OER催化剂的开发开辟了新的路径，有望推动清洁能源领域的发展和应用。

IrO2/Nb2O5-x的合成过程及结构表征。（课题组供图）

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相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202410193