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Advanced Energy Materials上发表了题为“In Situ Construction of IrO_x Nanofilm on TiO_x for Boosting Low-Ir Catalysis in Practical PEM Electrolyze”的研究工作。该工作针对质子交换膜电解水（PEMWE）阳极氧析出反应贵金属铱催化剂面临成本高昂且储量稀少的问题，原位构建了具有IrO_x纳米膜特殊形貌的负载型低Ir催化剂，通过强化金属与载体界面间相互作用，提升了Ir位点的催化活性和电化学稳定性, 推动了PEMWE低Ir电极的商业化应用。

该研究提出了一种简单且可扩展的负载型低铱电催化剂的合成策略，通过一步热解吸附Ir盐的钛基金属有机骨架前驱体，原位构建了连续分布在TiO_x载体上的IrO_x纳米膜催化剂。IrO_x纳米膜与TiO_x载体形成了连续的p-n结界面，实现了从TiO_x到IrO_x的强界面电子相互作用，同时，IrO_x纳米膜在TiO_x载体表面分布的连续性，也保证了基于该催化剂的膜电极催化层在氧析出电催化反应过程中的电荷传输，避免了低Ir催化剂因Ir担量过少导致催化层电连接失效的问题，基于该负载型催化剂的催化层电导率是基于商业催化剂的催化层的74倍。电化学测试表明，IrOₓ/TiOₓ表现出优异的氧析出性能，1.53 V时的质量活性是商业IrO₂的40倍，组装的PEM电解槽在1 A cm^-2下显示出1.762 V的电池电压，在启动/关闭操作条件下1 1 A cm^-2可稳定运行超过220 h。原位电化学表征（原位红外、电化学差分电荷质谱和原位拉曼）结合理论计算表明，p-n结的存在不仅降低了水离解和*OOH脱质子化步骤的能垒，而且抑制了Ir位点氧化形成可溶性的高价Ir物种，提高了催化剂活性和稳定性。本工作为开发低成本、高效PEMWE低Ir 电极材料提供了新思路。

一步热解法制备TiO_x负载连续分布IrO_x纳米膜低铱电催化剂

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和国家自然科学基金的资助。

文章信息：Yufeng Qin, Yixuan Huang, Qingqing Ye, Jiahao Wang, Morinobu Endo, Meiling Dou*, and Feng Wang*, In Situ Construction of IrOₓ Nanofilm on TiOₓ for Boosting Low-Ir Catalysis in Practical PEM Electrolyzer, Adv. Energy Mater. 2025, 2405636.

论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202405636