高价金属催化剂在各种电化学反应中表现出非凡的性能。然而，目前还没有一种简便的方法来合成高价贵金属基材料。
近日，青岛科技大学王磊教授，赖建平教授，北京大学郭少军教授报道了以Fe3+为氧化剂，在220 °C下一步油浴5 h合成了高价M掺杂的PdCu纳米颗粒（M=Ir，Rh，Ru）。
文章要点
1）研究发现，在IrPdCu纳米颗粒中，只有16 atom%的Ir物种，XPS显示Ir(IV)/Ir(0)的比值为0.8，同时，在合成过程中去除Fe3+后，Ir(IV)物种将消失。结果显示，与PdCu相比，高价Ir掺杂的PdCu纳米颗粒在全pH下表现出比商用Pt/C和Ir/C更高的析氧反应（OER）和析氢反应（HER）性能。特别是在0.1 M KOH中，Ir16−PdCu/C在相同过电位（OER为300 mV，HER为100 mV）下的OER和HER质量活性分别是PdCu/C的50.5倍和16.5倍，是OER和HER的最佳催化剂之一。
2）密度泛函理论（DFT）计算表明，高价Ir的加入可以优化中间产物的结合能，促进*H2O和*O的形成，从而促进H2和O2的析出。
3）研究发现，在优异的OER及HER性能的基础上，高价Ir掺杂的PdCu/C还具有优异的整体电催化性能，在10 mA cm−2下的电位为1.63 V，经10 h的长期测试后具有稳定的耐久性。然而，PdCuIr纳米颗粒（不使用Fe3+）在外加电位为1.77V时，整体水分解电流密度为5 mA cm−2。此外，非原位X射线光电子能谱（XPS）结果显示，在催化OER时形成的高价Ir(V)物种促进了O-O键的形成。
4）在Fe3+的辅助下，还可以形成其他高价M掺杂的PdCu纳米颗粒（M=Rh，Ru）。
参考文献
Yingnan Qin, et al, High Valence M‑Incorporated PdCu Nanoparticles (M = Ir, Rh, Ru) for Water Electrolysis in Alkaline Solution, Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01581
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01581
