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第一作者：Zhenyu Li

通讯作者：汪国雄

通讯单位：中国科学院大连化学物理研究所

论文速览

阳极析氧反应（OER）动力学缓慢和相应的铱（Ir）基催化剂催化性能不足仍然是质子交换膜水电解槽（PEMWE）面临的巨大挑战。

本文报道了一种KIr₄O₈纳米线催化剂，该催化剂具有更多的活性位点和丰富的羟基，能够在质子交换膜水电解槽（PEMWE）中表现出优异的OER性能。KIr₄O₈纳米线作为阳极催化剂，仅需1.68 V的电压下即可达到1.0 A/cm²的电流密度，并且在PEMWE中实现了长达1230 h的催化稳定性。

结合原位拉曼光谱和差分电化学质谱的结果显示，KIr₄O₈纳米线中丰富的羟基直接参与了催化过程，有利于OER。密度泛函理论（DFT）计算进一步表明，KIr₄O₈中Ir (d)和O (p)带中心的增强接近性可以加强Ir-O的共价性，促进吸附物与活性位点之间的电子转移，并降低OER过程中从OH*到O*的速率决定步骤的能垒。

图文导读

图1：KIr₄O₈的晶体结构，合成KIr₄O₈纳米线的示意图，XRD、SEM和高分辨率HAADF表征。

图2：KIr₄O₈和IrO₂样品的傅里叶变换EXAFS光谱以及XANES光谱。

图3：KIr₄O₈和IrO₂在0.5 M H₂SO₄溶液中OER的LSV曲线，KIr₄O₈和IrO₂样品的双层电容（Cdl）。

图4：KIr₄O₈催化剂在0.5 M H₂SO₄中OER的原位拉曼光谱，KIr₄O₈和IrO₂催化剂OER的脉冲伏安法电流响应测量。

图5：KIr₄O₈和IrO₂在Ir位点上OER的吉布斯自由能图，KIr₄O₈和IrO₂的理论过电位、态密度。

图6：PEMWE中阳极析氧和阴极析氢的示意图。

总结展望

本研究成功合成了富含羟基的KIr₄O₈纳米线催化剂，该催化剂具有更多的活性位点和直接参与催化过程的羟基，促进了OH*中间体的去质子化形成O*。KIr₄O₈中Ir (d)和O (p)带中心的接近性增强，加强了Ir-O的共价性，促进了吸附物与活性位点之间的电子转移，并降低了OER过程中的能垒，从而实现了优异的催化性能。

此外，KIr₄O₈纳米线阳极催化剂在PEMWE中显示出工业级的电流密度和高稳定性。本工作结合了调节电子结构和形貌的两种策略，开发出高活性和稳定的OER催化剂。

文献信息

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

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202402643

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