开发高性能的电催化剂来催化水分解以产生可持续的氢气仍然是质子交换膜(PEM)电解槽应用面临的一个挑战。然而，PEM电解槽中唯一适用于多质子耦合析氧反应（OER）的IrO_x，由于Ir位上的氧键较弱，导致过电位高，在氧化和酸性条件下稳定性差。

近日，哈工大孙建敏教授，周欣报道了通过将Ru引入IrO_x中，成功合成了金属间化合物Ru₁Ir₁O_x纳米催化剂。

文章要点

1）利用Ru和Ir原子之间的电子性质，金属间化合物Ru₁Ir₁O_x在酸性电解液中的过电位（η）为204 mV（10 mA cm⁻²_geo），超过了IrO_x、RuO_x和其他不同摩尔比的RuIr_nO_x纳米催化剂。同时，具有代表性的Ru₁Ir₁O_x在1.53V表现出1224.6 A g⁻¹ _{noble metal}的高质量活性，分别是IrO_x和RuO_x的29倍和11倍，验证了优化的电子结构和价态对酸性OER有显著的增强作用。更重要的是，所制备的Ru₁Ir₁O_x可以保持连续的OER电解至少110 h（100 mA cm⁻²_geo），而变化可以忽略不计。

2）根据计算，Ru₁Ir₁O_x的稳定数（1.13×10⁶）也高于IrO_x（7.92×10⁵）和RuO_x（1.99×10³），表明Ru₁Ir₁O_x的金属间化合物纳米结构进一步提高了稳定性。密度泛函理论（DFT）研究表明，Ru加入IrO_x形成金属间化合物Ru₁Ir₁O_x，有效地调节了Ir 5d态的电荷再分布，使决定势垒（PDS）从1.02（IrO_x）降低到0.65 eV（Ru₁Ir₁O_x），从而显著提高了材料的酸性OER性能。

所制备的Ru₁Ir₁O_x具有优异的性能，为开发高效稳定的酸性OER催化剂及其在质子交换膜电解槽中的应用提供了广阔的前景。

参考文献

Jing He, et al, Regulating Electron Redistribution of Intermetallic Iridium Oxide by Incorporating Ru for Efficient Acidic Water Oxidation, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202102883

https://doi.org/10.1002/aenm.202102883