电子科大AEM：热冲击法合成IrY合金，有效催化酸性水电解

质子交换膜水电解(PEMWE)具有包括高电流密度、特殊气体纯度和低电池电阻在内的一系列优点，被认为是在酸性电解环境中制氢的关键技术。然而，PEMWE的效能受到阳极侧析氧反应(OER)缓慢动力学的限制，这阻碍了PEMWE的实际应用。

目前，用于酸性OER的电催化剂主要包括贵金属铱(Ir)和钌(Ru)基的纳米结构材料，但它们的高成本和长期电解过程中催化活性的降低限制了PEMWE的大规模应用。因此，开发在酸性环境中保持高活性和稳定性，同时使用较少贵金属的催化剂至关重要。

基于此，电子科技大学江秋和刘芯言等利用热冲击法成功地合成了一种IrY合金。其中，快速加热和冷却过程不仅确保了快速合成，而且使催化剂颗粒在载体上均匀分布，巧妙地处理和解决了催化剂团聚问题。

性能测试结果显示，在酸性条件下，该IrY合金在10 mA cm⁻²电流密度下的OER过电位仅为255 mV，在300 mV过电位下的质量活性和周转频率(TOF)高达96.3 A g⁻¹和0.046 s⁻¹；并且，该催化剂在100 mA cm⁻²电流密度下连续电解500小时过程中没有发生明显地活性下降，反应后材料的形貌和结构仍保持良好。

原位光谱表征和密度泛函理论(DFT)计算表明，在电化学氧化过程中，IrY电催化剂的表面经历了形成动态重构，导致在催化剂上形成Y掺杂的Ir基氧化物层，该壳层能够有效抵抗电氧化和金属的溶解，并且其是真正的OER活性位点。此外，密度泛函理论(DFT)计算表明，Y掺杂改变了Ir位点的电子结构，优化了对氧中间体(O *)的吸附，从而使得反应过电位降低，进一步增强了OER活性。

总的来说，该项工作所提出的合金化方法为实现催化剂设计中的原子级修饰提供了一种直接的策略，并且可以为开发更有效和经济可行的OER催化剂及其他催化剂铺平道路。

High-efficiency iridium-yttrium alloy catalyst for acidic water electrolysis. Advanced Energy Materials, 2024.

DOI: 10.1002/aenm.202304479

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