發(fā)展高效、穩(wěn)定且可持續(xù)的電催化技術(shù)是應(yīng)對當(dāng)前能源與環(huán)境危機、推動可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。作為質(zhì)子交換膜（PEM）水電解技術(shù)的核心催化劑，IrO2的開發(fā)重點在于設(shè)計出能夠在酸性條件下具備高析氧反應(yīng)（OER）活性且耐用的電催化劑。 然而，傳統(tǒng)IrO2催化劑在商業(yè)化應(yīng)用中依然面臨質(zhì)量活性不足和高負(fù)載需求的挑戰(zhàn)。同時，盡管氧缺陷被認(rèn)為在OER中起著重要作用，其與催化活性的直接關(guān)系尚未得到明確驗證。 近日，蘇州大學(xué)的康振輝教授、邵名望教授、劉陽教授、廖凡副研究員和邵琪副研究員合作，以亞穩(wěn)態(tài)1T-IrO2為研究對象，設(shè)計了一種基于高價元素?fù)诫s的新型催化劑Re0.03Ir0.97O2。通過精準(zhǔn)調(diào)控表面高濃度氧空位，研究團隊成功揭示了氧缺陷在提升OER性能中的關(guān)鍵作用。
結(jié)合CV、瞬時電位掃描（TPS）、XPS和EPR數(shù)據(jù)，證實了Re0.03Ir0.97O2中存在大量氧空位（OV）?；贑V以及TPS分析，我們提出Re0.03Ir0.97O2催化劑中OV缺陷的豐度有助于在施加偏置下形成具有高氧化態(tài)的Ir活性位點，從而直接響應(yīng)OER速率。這直接建立了氧空位和OER活性增強之間的聯(lián)系。 在電化學(xué)性能測試中，Re0.03Ir0.97O2表現(xiàn)出優(yōu)異的OER性能，其在10 mA cm-2下展現(xiàn)出僅193 mV的超低過電位。而且在質(zhì)子交換膜電解池中以1.70 V電壓實現(xiàn)約1200 mA cm-2的電流密度，且在140小時的長期穩(wěn)定性測試中性能幾乎無衰減。 理論計算（DFT）和原位表征數(shù)據(jù)證實了Re0.03Ir0.97O2上吸附物演化機制（AEM），以及Re-誘導(dǎo)氧空位對OER性能的提高的關(guān)鍵作用。Re摻雜的氧化銥納米片不僅有效降低了Ir活性位點對中間體OH的吸附能，同時顯著降低了AEM路徑中的決速步驟反應(yīng)能壘。 這項研究通過結(jié)合實驗分析、TPS分析和DFT計算，證實Re0.03Ir0.97O2催化性能提升源于OV的存在。首次明確了氧空位濃度與電催化性能之間的直接關(guān)系，為氧化物催化劑的性能優(yōu)化提供了新思路，并為高性能電催化劑的設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。 論文信息 Establishing the Link Between Oxygen Vacancy and Activity Enhancement in Acidic Water Oxidation of Trigonal Iridium Oxide Wenxiang Zhu, Mengjie Ma, Dongdong Gao, Jinxin Chen, Prof. Hui Huang, Dr. Kun Feng, Qun Wang, Jie Wu, Penghao Li, Jinzeng Guo, Dr. Zhenglong Fan, Prof. Jun Zhong, Dr. Qi Shao, Dr. Fan Liao, Prof. Yang Liu, Prof.?Dr. Mingwang Shao, Prof. Zhenhui Kang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202423353
