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Applied Catalysis B: Environment and Energy发表了题为“Bismuth-mediated modulation of IrO2-TiO2 interactions for synergistic enhancement of oxygen evolution activity and stability”的研究工作。
质子交换膜电解水阳极的强腐蚀氧化环境，使二氧化钛（TiO2）凭借优异的耐酸性和热力学稳定性，成为负载型低铱催化剂的理想载体。然而，其比表面积低、导电性差，不仅限制了活性组分的分散，也阻碍了反应过程中的电荷转移，导致析氧反应（OER）动力学迟缓。此外，金属-载体相互作用对含氧中间体的吸附能调控具有决定性影响，但目前二者间的构效关系尚不明确。因此，突破传统研究中仅关注导电性提升或单纯强化金属/载体相互作用强度的局限，深入探究并精细调控界面电子相互作用，已成为发展新型载体设计与界面工程策略的核心挑战。
本工作创新性提出原子级铋掺杂介孔TiO2策略，构筑了高导电性的BiTiOx载体，并以其负载IrOx制备了IrOx/BiTiOx催化剂。研究表明，Bi掺杂改变了界面电子转移路径，Ti同时向Ir和Bi提供电子，通过调控净电子转移量，诱发Ir的d带中心移动，从而将含氧中间体（如OH*）在活性位点上的吸附能精确调至适中区间，兼顾了吸附活化与产物脱附。原位光谱结合密度泛函理论计算表明，该催化剂遵循氧空位介导的反应路径，其决速步骤能垒低于IrOx/TiO2，且氧空位形成能更高，从而同时实现了活性和稳定性的提升。该催化剂在10 mA cm-2电流密度下过电位为258 mV，质量活性达365.92 A gIr⁻¹，性能优于IrOx/TiO2和商业IrO2。在电解槽中，仅需0.5 mgIr cm-2铱载量，即可在1.68 V下实现1 A cm-2的电流密度，并稳定运行超过450 h。本工作为低铱负载型催化剂的设计提供了一种基于Bi掺杂的电子调控新思路，在活性与耐久性之间取得了平衡。
材料学院2023级硕士研究生郝万胜为论文第一作者，王峰教授、窦美玲教授、中石油王延飞老师为论文共同通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。
文章信息：
Wansheng Hao, Jun Man, Chenyi Shao, Bowen Xia, Peisen Zhao, Qingqing Ye, Yanfei Wang*, Meiling Dou*, Feng Wang*. Bismuth-mediated modulation of IrO2-TiO2 interactions for synergistic enhancement of oxygen evolution activity and stability. Applied Catalysis B: Environment and Energy, 2026, 399: 127058.
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2026.127058
