近日，中科院上海高等研究院楊輝研究員團(tuán)隊(duì)與寧波中科科創(chuàng)在質(zhì)子交換膜水電解槽（PEMWE）陽極銥基催化劑研發(fā)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。傳統(tǒng)IrO?催化劑遵循吸附演化機(jī)制（AEM），受限于線性關(guān)系制約，本征活性難以突破。晶格氧機(jī)制（LOM） 通過直接利用晶格氧參與反應(yīng)，可打破能壘限制，但會(huì)引發(fā)晶格氧流失導(dǎo)致Ir-O鍵弱化。團(tuán)隊(duì)提出一種硫介導(dǎo)的IrO2催化劑（IrO2/S），使OER途徑從傳統(tǒng)的AEM切換到LOM機(jī)制，同時(shí)IrO2/S中的晶格畸變和不飽和Ir-O配位產(chǎn)生了氧非鍵態(tài)，在LOM主導(dǎo)的OER過程中充當(dāng)電子犧牲劑來保存Ir-O鍵。IrO2/S在低Ir用量（0.3 mg cm-2）下展示出優(yōu)異的催化活性（1.769 V, 2.0 A cm-2）與穩(wěn)定性（16.6μV h-1@1.0 A cm – 2）。相關(guān)成果以“Sulfur-Doped IrO2 Enable Pathway Switch to Lattice Oxygen Mechanism with Enhanced Stability for Low Iridium PEM Water Electrolysis”為題，于6月23日發(fā)表在Advanced Materials上。

圖1 IrO2/S催化劑設(shè)計(jì)策略的示意圖及相關(guān)元素分析

圖2 IrO2/S催化劑電化學(xué)性能及膜電極實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證

圖3 IrO2/S催化劑反應(yīng)機(jī)理探索

圖4  IrO2/S催化劑活性、穩(wěn)定性相關(guān)性質(zhì)理論研究

總之，我們提出的S/IrO2 OER催化劑在PEMWEs中表現(xiàn)出卓越的性能和穩(wěn)定性，在2.0 A cm – 2時(shí)的電池電壓為1.787 V，在低Ir用量下在1.0 A cm – 2下穩(wěn)定工作1000 h。S的摻雜不僅可以將IrO2上的OER路徑從傳統(tǒng)的AEM切換到LOM，從而打破線性關(guān)系，提高本征活性，還可以產(chǎn)生保留Ir-O鍵順序的ONB帶，從而提高LOM通路的穩(wěn)定性。總的來說，本研究為低Ir用量的OER催化劑設(shè)計(jì)提供了合理的策略，為開發(fā)符合全球脫碳目標(biāo)的高性能電解技術(shù)繪制了藍(lán)圖。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202507560