通訊作者：汪國雄

通訊單位：中國科學院大連化學物理研究所

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陽極析氧反應（OER）動力學緩慢和相應的銥（Ir）基催化劑催化性能不足仍然是質子交換膜水電解槽（PEMWE）面臨的巨大挑戰。

本文報道了一種KIr4O8納米線催化劑，該催化劑具有更多的活性位點和豐富的羟基，能夠在質子交換膜水電解槽（PEMWE）中表現出優異的OER性能。KIr4O8納米線作爲陽極催化劑，僅需1.68 V的電壓下即可達到1.0 A/cm²的電流密度，並且在PEMWE中實現了長達1230 h的催化穩定性。

結合原位拉曼光譜和差分電化學質譜的結果顯示，KIr4O8納米線中豐富的羟基直接參與了催化過程，有利于OER。密度泛函理論（DFT）計算進一步表明，KIr4O8中Ir (d)和O (p)帶中心的增強接近性可以加強Ir-O的共價性，促進吸附物與活性位點之間的電子轉移，並降低OER過程中從OH*到O*的速率決定步驟的能壘。

圖文導讀

圖3：KIr4O8和IrO2在0.5 M H2SO4溶液中OER的LSV曲線，KIr4O8和IrO2樣品的雙層電容（Cdl）。

圖4：KIr4O8催化劑在0.5 M H2SO4中OER的原位拉曼光譜，KIr4O8和IrO2催化劑OER的脈沖伏安法電流響應測量。

圖5：KIr4O8和IrO2在Ir位點上OER的吉布斯自由能圖，KIr4O8和IrO2的理論過電位、態密度。

圖6：PEMWE中陽極析氧和陰極析氫的示意圖。

總結展望

本研究成功合成了富含羟基的KIr4O8納米線催化劑，該催化劑具有更多的活性位點和直接參與催化過程的羟基，促進了OH*中間體的去質子化形成O*。KIr4O8中Ir (d)和O (p)帶中心的接近性增強，加強了Ir-O的共價性，促進了吸附物與活性位點之間的電子轉移，並降低了OER過程中的能壘，從而實現了優異的催化性能。

此外，KIr4O8納米線陽極催化劑在PEMWE中顯示出工業級的電流密度和高穩定性。本工作結合了調節電子結構和形貌的兩種策略，開發出高活性和穩定的OER催化劑。

文獻信息

標題：KIr4O8 Nanowires with Rich Hydroxyl Promote Oxygen Evolution Reaction in Proton Exchange Membrane Water Electrolyzer

期刊：Advanced Materials DOI：10.1002/adma.202402643