用于析氧反应（OER）的高活性，稳定且价格合理的电催化剂的合成和应用是开发节能且经济可行的能量转换装置（例如电解槽，可充电金属空气电池和再生燃料电池）面临的主要挑战。目前，铱氧化物（IrO_x）基OER电催化剂具有优异的性能和良好的稳定性。然而，由于IrO_x丰度低，成本高，其大规模应用并不切实际。

近日，普林斯顿大学Xiaofang Yang，Bruce E. Koel报道了在酸性和碱性条件下，通过阳极极化在HfIr₃双金属合金电极表面原位形成一种用于OER的高活性IrHf_xO_y催化剂。

文章要点

1）在碱性条件下，IrHf_xO_y催化剂的过电位（η）大大降低（80 mV），在η=0.3 V时的电流密度增加了10倍，表明IrHf_xO_y催化剂的性能明显优于IrO_x催化剂。Hf的溶解和特殊基序的形成可能是其碱性条件下OER活性增强的原因。此外，在酸性条件下产生的独特复合表面也导致IrHf_xO_y催化剂也大大超过IrO_x催化剂的性能。

2）Operando SERS测量结果显示，IrHf_xO_y催化剂的OER的活性位点是IrO_x和IrHf_xO_y在内的Ir-O物种，Hf的存在导致Ir-O拉伸模式向IrHf_xO_y催化剂中更高的波数移动，导致Ir-O键长更短。这一结果得到了对原始和Hf掺杂的IrO₂(110)表面的密度泛函理论（DFT）计算结果的证实，Ir−O物种是OER的活性中心，并且Hf修饰可以获得更高的O中心的电荷态。此外，掺杂缩短了[1−1(—)0]方向的Ir-O键长，降低了OER中间体的自由能。

这一发现开辟了一个新的改性方向，通过将早期的四价过渡金属（如Hf或Zr）与Ir或Ru混合来获得高性能的OER催化剂，从而开发具有成本效益和高性能的OER电催化剂。

参考文献

Fang Zhao, et al, Increasing Iridium Oxide Activity for the Oxygen Evolution Reaction with Hafnium Modification, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c03473

https://doi.org/10.1021/jacs.1c03473