與堿性水電解技術(shù)相比，酸性水電解表現(xiàn)出更高的能量轉(zhuǎn)換效率和更快的離子遷移。然而，大多數(shù)金屬氧化物在強(qiáng)酸性陽極氧化過程中通常表現(xiàn)出較差的催化活性和較低的溶解阻力。
與Ru基催化劑相比，Ir基催化劑在酸性電解質(zhì)中具有更好的電化學(xué)穩(wěn)定性，但I(xiàn)r基催化劑在OER中通常表現(xiàn)出較低的催化活性，以及Ir的超低土豐度使其價(jià)格高于其他貴金屬。因此，在開發(fā)優(yōu)良的Ir基催化劑時(shí)，必須同時(shí)考慮催化活性、電化學(xué)穩(wěn)定性和原子利用率等問題。基于此，南京大學(xué)劉力哲、河海大學(xué)王沛芳和周鋼等將一些F元素引入MnO2中作為光腐蝕中心，然后在室溫下在IrCl3溶液中進(jìn)行光驅(qū)動(dòng)的陽離子交換反應(yīng)，以制備出IrMnOF@Ir酸性析氧催化劑。該項(xiàng)工作中設(shè)計(jì)的催化劑優(yōu)點(diǎn)如下：1. 引入的F元素有效地降低Mn?O鍵的鍵合強(qiáng)度，導(dǎo)致Ir陽離子有序取代，形成具有較高反應(yīng)活性的Ir原子鏈，可根據(jù)實(shí)際需要控制引入的Ir含量，有效提高原子利用率；2. Ir原子與配位F陰離子之間的鍵合作用強(qiáng)，有利于提高電化學(xué)穩(wěn)定性；3. 由原子無序度引起的自旋相關(guān)熵差，不僅調(diào)節(jié)了原子鏈和原子團(tuán)簇之間的動(dòng)態(tài)軌道重組，而且還通過減少多電子-聲子散射，提高了載流子的遷移能力。因此，所制備的IrMnOF@Ir催化劑在酸性條件下具有優(yōu)異的電化學(xué)活性，其Tafel斜率為58.3 mV dec?1，優(yōu)于商業(yè)IrO2(95.9 mV dec?1)催化劑；該催化劑在200 mV過電位下的質(zhì)量活性為410.2 A gIr?1，分別是MnOF@Ir、MnO2@Ir和IrO2的2.1、2.83和59.4倍。此外，IrMnOF@Ir在10 mA cm?2電流密度下連續(xù)運(yùn)行200小時(shí)而沒有發(fā)生明顯的性能下降，并且其組分和結(jié)構(gòu)也沒有發(fā)生明顯變化。基于以上結(jié)果，該項(xiàng)工作證明通過引入動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的活性位點(diǎn)來增強(qiáng)酸性O(shè)ER的可行性，為設(shè)計(jì)高效穩(wěn)定的酸性條件下工作的催化劑提供了思路。Light-driven Orderly Assembly of Ir-atomic Chains to Integrate a Dynamic Reaction Pathway for Acidic Oxygen Evolution. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202301128
