構(gòu)建提高酸性水氧化催化劑穩(wěn)定性的氧擴(kuò)散路徑

將活性組分Ir催化劑錨定在金屬氧化物載體上，能有效解決Ir基酸性電解水（OER）催化劑成本高昂的問題，同時(shí)易于觸發(fā)晶格氧氧化機(jī)制（LOM）提升Ir基催化劑的活性。然而，LOM機(jī)制作用過程中往往帶來催化劑載體過度氧化和配位構(gòu)型改變，使得催化劑整體穩(wěn)定性堪憂。

近日，復(fù)旦大學(xué)張波教授和蘇州大學(xué)紀(jì)玉金教授團(tuán)隊(duì)將Ir催化劑負(fù)載到混合金屬氧化物載體上，通過雙元載體界面上構(gòu)建的氧擴(kuò)散路徑，實(shí)現(xiàn)活性和穩(wěn)定性兼得的LOM機(jī)制。該Ir-ZrTaOx催化劑質(zhì)量比活性高于IrO2近2個(gè)數(shù)量級(jí)，并在質(zhì)子交換膜（PEM）水電解槽的工況中穩(wěn)定工作超過200小時(shí)。原位紫外拉曼光譜、吸收譜，結(jié)合理論計(jì)算證明了ZrOx/TaOx界面上發(fā)生的氧擴(kuò)散路徑，防止主載體TaOx的過度氧化和不利的配位結(jié)構(gòu)變化。該成果為高效穩(wěn)定的異相催化劑開發(fā)提供參考。

圖1催化劑的合成與表征

圖2：電化學(xué)性能和LOM機(jī)制

圖3：催化劑結(jié)構(gòu)演化的原位表征

圖4：理論計(jì)算

該研究提供了一種構(gòu)建氧擴(kuò)散路徑策略，以促進(jìn)金屬氧化物負(fù)載型Ir基催化劑的穩(wěn)定性。原位譜學(xué)和理論計(jì)算證實(shí)催化劑活性來源為LOM機(jī)制；同時(shí)ZrOx/TaOx界面上的氧擴(kuò)散路徑保護(hù)TaOx以免過度氧化和不穩(wěn)定的重構(gòu)，帶來了整體催化劑穩(wěn)定性提升。該發(fā)現(xiàn)將有利于未來設(shè)計(jì)研發(fā)高效穩(wěn)定的異相催化劑。

審核編輯：劉清