蒋仲杰教授， AM：Sr稳定铱锰氧（IrMnO2）固溶体纳米电催化剂在酸性介质中的高性能、长寿命析氧反应

第一作者：匡建仁

通讯作者：蒋仲杰

单位：华南理工大学

质子交换膜（PEM）电解水技术具有产氢效率高、氢气纯度高、无碱液、启动快、体积小及可实现更高的产气压力等优点, 极具实际应用潜力，是氢能领域研究重点。开发高活性、高稳定性析氧催化剂，是实现PEM电解水高效产氢的关键。但由于质子交换膜（PEM）电解水的酸性高电位环境，大部分析氧催化剂稳定性差。当前， PEM水电解池普遍采用RuO₂、IrO₂等贵金属基纳米材料作为析氧催化剂，这些催化剂存在着催化活性低、稳定性差和价格昂贵等问题，难以满足PEM电解水技术的大规模商业化应用。因此，开发高活性、高稳定性、低成本酸性析氧催化剂对促进PEM电解水技术的大规模商业化具有重要意义。

近日，来自华南理工大学的蒋仲杰教授课题组，在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Sr-stabilized IrMnO₂ Solid Solution Nano-Electrocatalysts with Superior Activity And Excellent Durability for Oxygen Evolution Reaction in Acid Media”的文章。该论文主要采用碳纳米管支撑、固溶体结构设计、氧缺陷调控等策略来提升铱基催化剂的催化活性和稳定性，并通过纳米化和降低Ir的用量来降低催化剂的成本。

固溶体结构有利于Ir、Mn元素在IrMnO₂ 纳米颗粒内的均匀分布，促进Ir、Mn元素通过Ir-O-Mn键发生相互作用，从而调控Ir原子在纳米颗粒表面的电子结构，优化IrMnO₂ 纳米颗粒的析氧催化活性。

CNTs支撑Sr掺杂IrMnO₂固溶体纳米颗粒（Sr-IrMnO₂/CNTs）只需236.0 mV的过电位就能获得10.0 mA cm^-2的电流密度。该催化表现出优异的稳定性，在10.0 mA cm^-2的电流密度下，连续工作400小时，无明显电位升高。超细纳米尺寸和固溶体结构有助于降低催化剂Ir的用量，该催化剂在1.53 V时Ir质量活性是商用IrO₂的39.6倍。

固溶体结构有助于Ir、Mn元素通过Ir-O-Mn键发生相互作用，增加IrMnO₂纳米颗粒的析氧催化剂活性，并有助于降低Ir-O键的键长，增强Ir原子在催化过程中的稳定性。此外，Sr掺杂有助于进一步增强Ir、Mn元素通过Ir-O-Mn键的相互作用，提高催化剂的稳定性。

将CNTs支撑Sr掺杂IrMnO₂固溶体纳米颗粒（Sr-IrMnO₂/CNTs）作为析氧催化剂用于酸性电解池(Pt/C||Sr-IrMnO₂/CNTs)，只需1.507 V的输入电压就能达到10.0 mA cm^-2的电流密度。此外，在10.0 或50mA cm^-2的电流密度下，分别连续工作400或100小时无明显性能衰减，该电解池性能和稳定性明显高于商用the Pt/C||c-IrO₂。此外，将Sr-IrMnO₂/CNTs直接用于PEM水电解池，该电池在50 和250mA cm^-2的电流密度下，分别连续工作400或300小时以上无明显性能衰减。

Sr-stabilized IrMnO₂ Solid Solution Nano-Electrocatalysts with Superior Activity And Excellent Durability for Oxygen Evolution Reaction in Acid Media

蒋仲杰教授简介：毕业于中国科学院理化技术研究所，曾在德国开姆尼兹工业大学（洪堡研究学者）和美国加州大学默塞德分校从事博士后研究工作。2013年加入华南理工大学，现为环境与能源学院教授。长期从事能源材料、催化、等离体子材料合成和性能优化等领域的研究和开发。以通讯作者身份在Advanced Materials, Advanced Energy materials, Nano letter, ACS Nano等学术刊物上发表论文100余篇，被引用>5000 余次，H因子>42。