酸性介質中電催化全解水研究取得新進展

氫能是最有前途的綠色能源形式之一，而水的電催化分解是得到高純度氫的理想過程。近些年來，人們發現利用固體聚合物電解質膜在酸性介質中進行水的電解能使得氫氣的生產和分離變得更加容易。因此，對於在酸性介質中具有高活性和壽命的金屬Ir基電解水催化劑的研究和開發也引起許多科研工作者的關注。已有的研究表明，含水的無定形氫氧化物中的Ir3/4 和配位不飽和的O/Ir原子(IrOx)相比於金屬Ir納米顆粒顯示出更好的催化活性，然而如何可控地合成IrOx以及如何在電解水過程中維持其穩定性仍然是一個巨大的挑戰。

在國家自然科學基金、國家重點項目、中國科學院戰略性先導科技專項、前沿科學重點研究項目和福建省自然科學基金的支持下，中科院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室曹榮課題組與庄巍課題組合作，設計併合成了一種表面可控的IrOx納米材料，該材料表現出優異的電催化分解水的性能。對照實驗和DFT計算結果共同驗證了通過原料組成的改變能夠實現有效調控表面組成的生成機制以及對催化活性中心結構的影響。該工作是第一次利用六元瓜環(CB[6])與金屬銥(Ir)納米顆粒之間的相互作用，成功實現表面組成的可控合成。在電解水過程中，該催化劑在10mA/cm2電流密度下的過電位僅為1.56V。同時，其催化活性在5mA/cm2電流密度下能維持20小時以上。利用X-射線吸收光譜和理論計算，證實CB[6]和Ir之間存在的相互作用，這種相互作用有利於提高催化劑的穩定性，並定量分析了存在的表面IrOx。相關研究成果發表在ACS Energy Letters上（DOI: 10.1021/acsenergylett.9b00553）上。

來源：中國科學院福建物質結構研究所

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