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清華李亞棟&王定勝Sci. Adv.：Ir-Sn PSC助力PEMWE！

來源：時間：2023-10-30 09:38:31 瀏覽：1589次

第一作者：鄭小波

通訊作者：李亞棟院士、王定勝副教授

通訊單位：清華大學

DOI: 10.1126/sciadv.adi8025

研究背景

氧電催化在水電解槽和金屬-空氣電池等可持續能源裝置中起著至關重要的作用，用以完成能量的轉換和儲存。質子交換膜水電解槽（PEMWE）因其電流密度大、H₂純度高（>99.99%）和快速動態響應等優點是大規模綠色氫制取的最有前途的技術之一，但由于催化劑本身較為緩慢的析氧反應（OER）動力學，以及在酸性介質中，尤其是在高氧化電位下較差的耐腐蝕性，嚴重地限制了使用壽命?；诖?，清華大學李亞棟院士和王定勝副教授等人報道了一種通過構建異質結構的Ir-Sn對位點催化劑（Ir-Sn PSC），觸發強電子相互作用來減輕Ir的溶解。在異質界面上形成Ir-Sn雙相體以及產生的強電子相互作用極大減少了Ir在合成和OER過程中的d帶空穴，抑制了它們的過度氧化，使催化劑的耐腐蝕性得到提高。

文章要點

1、作者合成了一種異質結構的Ir-Sn對位點催化劑（Ir-Sn PSC），由金屬Ir NPs接枝到銻錫氧化納米晶體上，其特征是顯著減少了d帶空穴，以減輕Ir在酸性水氧化中的溶解。Ir-Sn PSC在PEMWE中表現出優越的OER活性和良好的長期穩定性。

2、在過電位為320 mV時，優化后的催化劑具有4.4 A mg_Ir^?1的高質量活性，并且具有良好的長期穩定性。使用該催化劑的PEMWE在1.711 V時電流密度為2 A cm^-2，在加速老化試驗中降解率低。通過密度泛函理論（DFT）計算表明，Ir-5d-O-2p之間π*相互作用誘導的氧自由基可能是提高活性和耐久性的原因。本工作不僅提供了一種高效、長壽命的器件導向電催化劑，而且為操縱自由基實現陽極保護的抗氧化提供了重要的見解。

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