摘要：IrOx催化剂是高效催化酸性OER的有吸引力的候选者，但是其遵循晶格氧机制，在反应过程中会不可避免地发生晶格崩溃。为了实现稳定的酸性OER，稳定IrOx晶格氧的最有效的方法是制备大量质子化的IrO2，但是这导致催化剂的活性丧失。
研究概述
IrOx催化剂是高效催化酸性OER的有吸引力的候选者，但是其遵循晶格氧机制，在反应过程中会不可避免地发生晶格崩溃。为了实现稳定的酸性OER，稳定IrOx晶格氧的最有效的方法是制备大量质子化的IrO2，但是这导致催化剂的活性丧失。
此外，在酸性电解质中质子浓度过高时，关键中间体的表面去质子化相当困难。添加更多表面质子受体可以改善OER中间体的去质子化途径，但是一个潜在缺点是会掩盖原始活性位点。
对于转移质子，桥接氧(M-Obri-M)可以作为质子受体，同时维持含氧中间体。值得注意的是，强烈的质子吸附表现为高度反应性和弱配位的Ir-O(II-δ)-Ir物种，阻碍了正在进行的去质子化和OER动力学。
为解决上述问题，哈尔滨工业大学(深圳)陶有堃和深圳大学邵静等采用电化学方法构建了纳米多孔NiWIrOx电催化剂。通过在NiIrOx中形成桥联的W-O结构，解决了表面重构IrOx的活性-稳定性不平衡问题。
与通常导致产生非晶IrOxHy相的其他NiIr衍生催化剂不同，NiWIr纳米合金在电化学脱合金化后转化为具有(200)晶面取向的表面羟基金红石纳米催化剂，其显示出高密度的活性Ir位点和在酸性条件下对OER的高催化活性。
此外，NiWIrOx催化剂显著降低了在OER期间的Ir溶解，实现了在300 mA cm-2的高电流密度下连续稳定运行超过300小时。
系统的表征和理论计算表明，在NiIrOx中加入W可以有效地调制电子结构。改性后的NiWIrOx可以降低反应中间体的吸附能，有利于催化反应的进行，提高了Ir基电催化剂的稳定性。
同时，W-O-Ir的协同配位以及强电子耦合效应促进了OER DS-AEM途径。还有就是，这种协同配位允许通过桥接氧原子从周围富含电子的W位点获得电子，抑制活性Ir中心过氧化成可溶性酸性IrO42-物种。
总之，该项研究突出了NiWIrOx作为解决Ir基电催化剂的活性-稳定性不平衡的平台的潜力，有助于启发设计具有成本效益和高性能的酸性水电解电催化剂。
文献信息
Tackling activity-stability paradox of reconstructed NiIrOx electrocatalysts by bridged W-O moiety. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-54987-4
作者介绍
陶有堃，哈尔滨工业大学（深圳）理学院副教授。2006年本科毕业于湖南大学，导师: 徐仲榆教授；2009年在中科院宁波材料技术与工程研究所获硕士学位，导师: 王蔚国研究员、崔平研究员，随后留所担任高级助理一年；2014年在丹麦科技大学获得博士学位，导师：Prof. Mogens Mogensen。2015-2016年在美国西弗吉尼亚大学作 Postdoc Materials Scientist；2016-2019年在南方科技大学任教；2019年加入哈尔滨工业大学（深圳）建立能源催化与绿氢技术课题组。
陶有堃副教授近十几年来一直在氢能燃料电池领域国内外领军机构，从事相关材料学、电化学、能源工程等研究开发，涉及材料合成表征、电池制备、电化学测试、衰减机制及优化、结构设计等，对固体氧化物电池（SOC)技术和质子膜 (PEM) 电池技术均有深入认识和实践。
他承担或参与科技部重点研发计划、国家自然科学基金青年及重点项目、广东省高校创新团队、省特色创新、深圳市基础研究、市稳定支持、海外高层次人才项目、前丹麦托普索合作研究、前美国能源部项目等重要研究。已在本领域国际知名期刊 SusMat, Energ. Convers. Manage, J. Mater. Chem. A, Fuel, Nano Res., J. Power Sources, Int. J. Hydrog. Energy, J. Electrochem. Soc.等发表论文50多篇，申请发明专利近20项。美国及丹麦电化学学会会员、中国能源学会新能源专委会成员、教育部学位论文评审专家、深圳市科创委评审专家，以及十几个国际学术期刊长期审稿人。
邵静，深圳大学化学与环境工程学院特聘研究员。2006年本科毕业于华中科技大学，2009年在中国科学院宁波材料技术与工程研究所获硕士学位，2013年在丹麦科技大学获得博士学位，随后留校从事博士后研究，2015年加入深圳大学。
邵静研究员近十五年一直致力于燃料电池及电解技术的研究与技术开发，主持国家自然科学基金面上及青年项目、广东省自然科学基金面上项目、深圳市高层次人才创新创业等项目，参与丹麦战略研究委员会资助项目1项，欧盟第七框架资助项目2项，并与德国博世(Bosch)、英国庄信万丰(Johnson Mattey)、丹麦托普索(Haldor Topsoe)等业内领导企业合作开发出新型固体氧化物电极材料及电解反应器件，申请发明专利十余项, 并在PNAS, Adv. Funct. Mater., J Mater. Chem. A, ACS Appl. Mater. Interfaces, J. Power Sources 等权威期刊发表学术论文五十余篇。
来源：华算科技
