近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院清潔能源材料與器件團(tuán)隊(duì)在質(zhì)子交換膜電解水制氫領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以“Enriched Oxygen Coverage Localized within Ir Atomic Grids for Enhanced Oxygen Evolution Electrocatalysis”為題在線發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Advanced Materials》上。

發(fā)展氫能是優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型、保障能源安全的戰(zhàn)略選擇，對(duì)于“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)具有重大意義。可再生能源驅(qū)動(dòng)的電解水技術(shù)被認(rèn)為是最清潔、最有前景的大規(guī)模制氫技術(shù)之一，其中質(zhì)子交換膜電解水（PEMWE）因其制氫速率快（1-4 A cm^-2），制氫純度高（>99.99%），制氫輸入功率范圍寬（5%-150%）等優(yōu)勢，適用于負(fù)荷波動(dòng)頻繁的可再生能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)。長期以來，商業(yè)化PEMWE電解槽陽極材料嚴(yán)重依賴貴金屬銥基催化劑，但其本征催化活性有限、全球儲(chǔ)量低、價(jià)格昂貴，嚴(yán)重制約PEMWE的規(guī)模化部署。因此，減少貴金屬的載量、最大化催化劑的原子利用率至關(guān)重要。

針對(duì)上述問題，我校研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地開發(fā)了一種具有新型Ir原子網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的陽極析氧催化劑（Ir-Mn-O_v），通過活性MnO_2-x載體擔(dān)載高密度Ir位點(diǎn)（≈10個(gè)Ir原子/nm²），可以誘導(dǎo)氧覆蓋度效應(yīng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)金屬-載體位點(diǎn)O-O直接耦合的協(xié)同催化過程，顯著提高了材料的本征活性和催化劑位點(diǎn)的原子利用率。在三電極測試體系中，這種Ir-Mn-O_v催化劑在10 mA cm^-2和500 mA cm^-2電流密度下分別僅需166 mV和283 mV的超低過電位，質(zhì)量活性相比商用IrO₂提高了380倍。這種氧覆蓋度效應(yīng)可以很好適配陽極側(cè)富氧環(huán)境，在PEMWE器件測試體系中，與商用Ir黑催化劑相比，使用Ir-Mn-O_v催化劑時(shí)不僅Ir載量降低了95%，反應(yīng)活性也得到了大幅提升，只需要1.58 V電解電壓即可達(dá)到1 A cm^-2電流密度。

該研究工作以華東理工大學(xué)為唯一通訊單位。我校材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生林昊陽和碩士生楊茜茜為論文第一作者，我校劉鵬飛副教授、戴升教授、楊化桂教授為通訊作者，研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)等項(xiàng)目的支持。

文獻(xiàn)鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202408045