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清華/物構(gòu)所EES：CrO2和IrO2之間強(qiáng)耦合，助力CrO2-0.16IrO2實(shí)現(xiàn)高電流密度酸性O(shè)ER

由可持續(xù)電力驅(qū)動(dòng)的水電解為生產(chǎn)綠色氫能并減少碳排放提供了一種有前途的策略。在各種水電解技術(shù)中，質(zhì)子交換膜(PEM)電解槽因其電流密度大、能量轉(zhuǎn)換效率高和氫氣純度高等優(yōu)點(diǎn)而收到廣泛關(guān)注。到目前為止，對(duì)在高電流密度下陰極析氫電催化劑的活性和耐久性方面的研究取得了許多進(jìn)展。然而，開發(fā)在高電流密度下具有優(yōu)異性能的陽極OER催化劑密度仍具有挑戰(zhàn)性，這影響了PEM電解槽效率和壽命，阻礙了其工業(yè)應(yīng)用。

近日，清華大學(xué)劉碧錄和中科院福建物構(gòu)所柴國(guó)良等報(bào)道了一種在CrO₂上的孔洞中加入IrO₂產(chǎn)生具有強(qiáng)偶聯(lián)界面的Cr-Ir氧化物電催化劑，該催化劑表現(xiàn)出高活性和穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，所制備的CrO₂-IrO₂催化劑上的活性IrO₂與耐腐蝕CrO₂之間存在強(qiáng)耦合，減小了Ir-O鍵的長(zhǎng)度，并優(yōu)化OER中間體的吸附能，顯著提高了催化劑的活性和耐久性。

因此，得益于CrO₂和IrO₂之間的強(qiáng)耦合，優(yōu)化的CrO₂-0.16IrO₂電催化劑在0.5 M H₂SO₄解質(zhì)中電流密度達(dá)到2 A cm^?2時(shí)的OER過電位僅為425 mV；該催化劑中的Ir負(fù)載量?jī)H為50 μg cm^?2，但其表現(xiàn)出較高的質(zhì)量活性(762 A g_Ir^-1)，并且其在1 A cm^?2電流密度下連續(xù)運(yùn)行100小時(shí)而沒有發(fā)生明顯的活性下降，優(yōu)于商業(yè)IrO₂電催化劑。

此外，使用CrO₂-0.16IrO₂催化劑組裝的PEM電解槽達(dá)到1和2 A cm^-2電流密度時(shí)僅需1.63 和1.73 V的電池電壓，表明其具有巨大的的工業(yè)應(yīng)用潛力。綜上，該項(xiàng)研究中報(bào)道的催化劑設(shè)計(jì)策略可以擴(kuò)展到其他材料系統(tǒng)和電化學(xué)反應(yīng)，有助于推進(jìn)PEM在工業(yè)所需的高電流密度下的實(shí)際應(yīng)用。

A Robust Chromium-iridium Oxide Catalyst for High-current-density Acidic Oxygen Evolution in Proton Exchange Membrane Electrolyzers. Energy & Environmental Science, 2023. DOI: 10.1039/D3EE01192E

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