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清华李亚栋&王定胜Sci. Adv.：Ir-Sn PSC助力PEMWE！

来源：时间：2023-10-30 09:38:31 浏览：1150次

第一作者：郑小波

通讯作者：李亚栋院士、王定胜副教授

通讯单位：清华大学

DOI: 10.1126/sciadv.adi8025

研究背景

氧电催化在水电解槽和金属-空气电池等可持续能源装置中起着至关重要的作用，用以完成能量的转换和储存。质子交换膜水电解槽（PEMWE）因其电流密度大、H₂纯度高（>99.99%）和快速动态响应等优点是大规模绿色氢制取的最有前途的技术之一，但由于催化剂本身较为缓慢的析氧反应（OER）动力学，以及在酸性介质中，尤其是在高氧化电位下较差的耐腐蚀性，严重地限制了使用寿命。基于此，清华大学李亚栋院士和王定胜副教授等人报道了一种通过构建异质结构的Ir-Sn对位点催化剂（Ir-Sn PSC），触发强电子相互作用来减轻Ir的溶解。在异质界面上形成Ir-Sn双相体以及产生的强电子相互作用极大减少了Ir在合成和OER过程中的d带空穴，抑制了它们的过度氧化，使催化剂的耐腐蚀性得到提高。

文章要点

1、作者合成了一种异质结构的Ir-Sn对位点催化剂（Ir-Sn PSC），由金属Ir NPs接枝到锑锡氧化纳米晶体上，其特征是显著减少了d带空穴，以减轻Ir在酸性水氧化中的溶解。Ir-Sn PSC在PEMWE中表现出优越的OER活性和良好的长期稳定性。

2、在过电位为320 mV时，优化后的催化剂具有4.4 A mg_Ir⁻¹的高质量活性，并且具有良好的长期稳定性。使用该催化剂的PEMWE在1.711 V时电流密度为2 A cm^-2，在加速老化试验中降解率低。通过密度泛函理论（DFT）计算表明，Ir-5d-O-2p之间π*相互作用诱导的氧自由基可能是提高活性和耐久性的原因。本工作不仅提供了一种高效、长寿命的器件导向电催化剂，而且为操纵自由基实现阳极保护的抗氧化提供了重要的见解。

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