安徽大学徐坤AFM：Ir嵌入金属W的晶相工程用于碱性氢氧化反应

第一作者：赵磊、欧阳博、杨已松

通讯作者：徐坤*

单位：安徽大学

了解与相结构相关的氢氧化（HOR）催化性能对于先进电催化剂的研究具有重要意义。然而，目前研究人员主要集中在A1、A2和A3型晶体结构的铁族、铂族和货币金属上进行了广泛的晶相工程研究，而对钨基材料晶体结构的金属相工程研究几乎未涉及。因此，将相工程研究拓展到钨金属，并深入探讨金属晶相与电催化性能之间的结构-效应关系是一个巨大挑战，这不仅有助于开发更先进的电催化剂，而且有益于在相结构的微观层面上更深入的理解HOR反应的构效关系。

近日，来自安徽大学的徐坤教授课题组在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“Crystal-phase Engineering of Iridium-Embedded Tungsten for Hydrogen Oxidation Electrocatalysis”的文章。该团队在晶相工程调控钨基材料用于氢氧化反应（HOR）方面取得了进展，成功制备了两种不同晶相的铱嵌入钨材料：Ir/α-W(A-2)和Ir/β-W(A-15)。通过将Ir引入具有A2型晶体结构的α-W晶格中，显著增强了氢气在材料表面的吸附、解离及溢出过程，使得Ir/α-W相较于Ir/β-W表现出更为优异的电催化活性。此外，研究表明，在界面微观环境中，Ir/α-W比Ir/β-W展现出更强的氢键网络连通性、较低的氢结合能（HBE）以及更高的羟基结合能（OHBE），进一步证实了Ir/α-W能够通过调控界面微环境有效提升HOR活性。这一发现不仅揭示了新型金属材料相工程的重要性，也为高效催化剂的设计提供了一条充满前景的新路径。

Ir/α-W(A-2)的合成相较于Ir/β-W(A-15)可以在高温下迅速完成，而Ir/β-W则不仅需要在相对较低且精确控制的温度下形成亚稳态的钨相，还需要Ir的引入来改变局部表面能，从而延迟热稳定钨相的转变。

通过将Ir引入具有A2型晶体结构的α-W晶格中，显著增强了氢气在材料表面的吸附、解离和溢出过程。这不仅使得Ir/α-W的质量归一化活性分别是Ir/β-W、Pt/C和Ir/C的1.64倍、5.98倍和17.19倍，且增强了Ir/α-W在HOR的稳定性和抗CO毒性。

Ir/α-W（A-2）相较于Ir/β-W的界面水浓度更高，从而增强了氢键网络的连通性，促进了中间体H和OH的转移。同时，Ir/α-W的HOR决速步的能垒显著降低至0.46 eV，明显低于Ir/β-W的0.62 eV，从而更有利于HOR的进行。

Crystal-phase Engineering of Iridium-Embedded Tungsten for Hydrogen Oxidation Electrocatalysis