近日，北京化工大学王峰教授/窦美玲教授团队在国际知名期刊ACS Catalysis上发表了题为“Interface-Engineering Strategy for Boosting Low-Ir Catalytic Water Oxidation Using a Conductive Ti₄O₇ Support”的研究工作。该工作采用高导电亚氧化钛（Ti₄O₇）作为载体负载Ir基贵金属氧化物（IrO₂），用于质子交换膜电解水（PEMWE）氧析出（OER）反应，利用催化剂与载体间界面强相互作用，有效提升了Ir位点的催化活性和电化学稳定性, 降低了Ir用量。

该工作采用碳热还原法制备了高导电Ti₄O₇（960 S cm^-1）载体，并通过亚当斯熔融法负载IrO₂，获得了低Ir（~10.95 wt.%）负载型催化剂。碳热还原反应的残余炭改变了载体表面的电荷状态，促进了贵金属前驱体在载体表面的有效分散，使得热处理后生成的IrO₂纳米颗粒均匀锚定在Ti₄O₇载体表面。电化学测试表明，IrO₂/ Ti₄O₇表现出优异的OER性能，1.53 V时的质量活性高达1346.9 A g_Ir^-1，是商业IrO₂的93.5倍，并且Ti₄O₇的强锚定作用使IrO₂/Ti₄O₇在PEM电解槽中在500 mA cm^-1可稳定运行超过500 h。进一步借助价带谱、同步辐射和DFT理论计算探究了Ti₄O₇载体对IrO₂电子结构影响及电催化性能促进机制。研究表明，IrO₂与载体Ti₄O₇界面间电子相互作用促进了IrO₂中Ir位点电子的富集，降低了Ir位点的d带中心，缓解了IrO₂对含氧物种的过强吸附，促进了OER反应动力学。此外，Ti₄O₇与IrO₂的界面电子相互作用，降低了Ir-O键的共价性和IrO₂晶体中的氧空位浓度，抑制了晶格氧机制（LOM）中晶格氧的氧化和迁移，提高了电化学稳定性。该工作为PEMWE阳极低Ir催化剂的开发提供了新思路。

材料学院硕士生秦玉峰为论文的第一作者，王峰教授、窦美玲教授为论文的共同通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。本研究工作得到了国家重点研发计划的资助。

全文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c03862