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質(zhì)子交換膜水電解(PEMWE)具有包括高電流密度、特殊氣體純度和低電池電阻在內(nèi)的一系列優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是在酸性電解環(huán)境中制氫的關(guān)鍵技術(shù)。然而，PEMWE的效能受到陽極側(cè)析氧反應(yīng)(OER)緩慢動(dòng)力學(xué)的限制，這阻礙了PEMWE的實(shí)際應(yīng)用。

目前，用于酸性O(shè)ER的電催化劑主要包括貴金屬銥(Ir)和釕(Ru)基的納米結(jié)構(gòu)材料，但它們的高成本和長期電解過程中催化活性的降低限制了PEMWE的大規(guī)模應(yīng)用。因此，開發(fā)在酸性環(huán)境中保持高活性和穩(wěn)定性，同時(shí)使用較少貴金屬的催化劑至關(guān)重要。

基于此，電子科技大學(xué)江秋和劉芯言等利用熱沖擊法成功地合成了一種IrY合金。其中，快速加熱和冷卻過程不僅確保了快速合成，而且使催化劑顆粒在載體上均勻分布，巧妙地處理和解決了催化劑團(tuán)聚問題。

性能測試結(jié)果顯示，在酸性條件下，該IrY合金在10 mA cm^?2電流密度下的OER過電位僅為255 mV，在300 mV過電位下的質(zhì)量活性和周轉(zhuǎn)頻率(TOF)高達(dá)96.3 A g^?1和0.046 s^?1；并且，該催化劑在100 mA cm^?2電流密度下連續(xù)電解500小時(shí)過程中沒有發(fā)生明顯地活性下降，反應(yīng)后材料的形貌和結(jié)構(gòu)仍保持良好。

原位光譜表征和密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，在電化學(xué)氧化過程中，IrY電催化劑的表面經(jīng)歷了形成動(dòng)態(tài)重構(gòu)，導(dǎo)致在催化劑上形成Y摻雜的Ir基氧化物層，該殼層能夠有效抵抗電氧化和金屬的溶解，并且其是真正的OER活性位點(diǎn)。此外，密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，Y摻雜改變了Ir位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了對氧中間體(O *)的吸附，從而使得反應(yīng)過電位降低，進(jìn)一步增強(qiáng)了OER活性。

總的來說，該項(xiàng)工作所提出的合金化方法為實(shí)現(xiàn)催化劑設(shè)計(jì)中的原子級修飾提供了一種直接的策略，并且可以為開發(fā)更有效和經(jīng)濟(jì)可行的OER催化劑及其他催化劑鋪平道路。

High-efficiency iridium-yttrium alloy catalyst for acidic water electrolysis. Advanced Energy Materials, 2024.

DOI: 10.1002/aenm.202304479

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