质子交换膜(PEM)电解水技术具有能耗低、效率高、氢气品质好、运行可靠等诸多优点，尤其是所具有的高度灵活性及优异的功率调节功能，非常契合风、光等可再生能源波动性特点。目前商用PEM电解槽析氧催化剂是以铱基氧化物纳米颗粒为代表的催化剂，膜电极铱载量通常高达2-4 mg/cm2。铱资源极其匮乏且价格高昂，很多国家（如美国能源部、中国科技部）制定了明确的时间表和路线图，致力于大幅度降低铱用量。
针对传统氧化铱析氧催化剂本征活性差、膜电极铱载量高的问题，吉林大学邹晓新课题组近年来深入研究了一类层状铱基氧化物的晶体结构、合成方法以及析氧催化性能，揭示了层状铱基氧化物的质子交换能力在提高结构稳定性方面的重要作用，明确了层板IrO6八面体的连接模式及活性位点局域环境对催化活性和稳定性的影响规律（Adv. Mater. 2024, 202312608; Adv. Mater. 2023, 35, 2208539; ACS Catal. 2023, 13, 7322; ACS Catal. 2022, 12, 8658）。
图：高孔隙率氧化铱催化剂的合成、形貌及电解槽性能
在认识活性位点特性的基础上，该课题组近期报道了一种混合熔盐辅助方法，制备了高孔隙率（74%）的层状结构氧化铱催化剂。该层状结构材料的边缘铱位点是高活性析氧催化位点，催化过程中经历表面晶格羟基参与的非传统吸附演化机制。高度多孔化的纳米结构充分暴露了高活性的边缘铱位点，协同优化了催化层的传质、传荷和催化活性。用其制备的膜电极催化层的铱载量降至0.56 mg/cm2，同时膜电极在质子交换膜电解槽中催化性能达到2.0V@3.6A/cm2@80oC（Nafion 115膜），稳定性超过2000 h。目前，已实现该款氧化铱催化剂的批量化一致性制备，并在合肥动量守恒绿色能源有限公司进行产业化推广。
该工作提出了高度多孔化层状氧化铱的低温制备方法，并证实了多孔化层状氧化铱在构筑高性能低铱载量膜电极的结构优势，将推动新一代阳极催化剂在工业PEM电解槽中的实际应用。
相关的研究成果近期发表在CCS Chemistry杂志上，文章第一作者为吉林大学博士研究生谢周兵和“鼎新学者”博士后梁宵，通讯作者为吉林大学邹晓新教授和陈辉副教授。
文章详情：Zhoubing Xie,#Xiao Liang,#Zhenye Kang, Yongcun Zou, Xiyang Wang, Yimin A. Wu, Graham King, Qi Liu, Yalan Huang, Xiao Zhao, Hui Chen*and Xiaoxin Zou*. High-porosity, layered iridium oxide as an efficient, durable anode catalyst for water splitting.CCSChem.2024, DOI: 10.31635/ccschem.024.202303586.
原文链接：https://www.chinesechemsoc.org/doi/10.31635/ccschem.024.202303586
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