近日，北京化工大学化学工程学院刘栋副教授、张婷婷教授与青海大学化工学院刘大欢教授合作在国际知名期刊《Advanced Energy Materials》（影响因子25.5）发表题为“Surface Iridium Single-Atom Engineering Enables a Highly Stable RuO2 Catalyst for Efficient Acidic Water Oxidation”的最新研究论文。针对RuO2基催化剂在酸性氧析出反应中稳定性不足的科学难题，该研究开发了一种表面铱掺杂的富晶界RuO2催化剂（IrSAC-G-RuO2），实现了超低铱负载与RuO2催化剂耐久性的突破性提升，有力推动了低成本绿色制氢技术的发展。

开发高效且稳定的酸性析氧电催化剂是发展质子交换膜水电解槽制氢技术的核心。RuO2基催化剂在酸性析氧反应中表现出优异的催化活性，但在工业级电流密度工况下耐久性较差，制约了其在质子交换膜水电解槽中的实际应用。针对这一问题，研究团队通过表面Ir掺杂和晶界的协同作用，提高了含氧中间体的去质子化能力，降低了反应活化能，大幅提升了酸性析氧催化活性。在10 mA cm-2的电流密度下，IrSAC-G-RuO2催化剂的析氧过电位仅为189 mV，且在50 mA cm-2的电流密度下连续运行1000 h后，性能未出现明显衰减。由IrSAC-G-RuO2催化剂组装的质子交换膜电解池，仅需要1.61 V电压即可达到1.0 A cm-2的电流密度，并在1 A cm-2条件下也能稳定运行200 h以上。此外，结合探针试验和原位电化学测试揭示了Ru-O-Ir位点抑制晶格氧氧化反应的机理，发现该位点对OH*中间体形成的增强作用是促进IrSAC-G-RuO2高效稳定的关键。本研究提出一种铱单原子锚定二氧化钌表面的可行策略，解决了质子交换膜水电解槽体系中铱用量与催化剂耐久性之间难以兼顾的核心矛盾。

该研究受到青海省“昆仑英才·高端创新创业人才”项目柔性引进领军人才项目支持。

文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.71254

图1 IrSAC-G-RuO2催化剂的制备、酸性OER性能和机理研究