邵琪/刘阳/康振辉/邵名望Joule: 高酸性析氧催化活性的介稳新相3R氧化铱（IrO2）

邃瞳科学云

2021-10-29

导读：该文章提出了在微波辅助下，结合强碱环境、高温和力化学法（可简称为微波辅助的熔碱力化学法），首次得到了介稳新相3R- IrO2，并应用于电化学催化酸性OER反应，得到了很好的效果

文章信息

高酸性析氧催化活性的介稳新相3R氧化铱(IrO2)

第一和共一作者：范正龙、纪玉金

通讯作者：邵琪*，刘阳*，康振辉*，邵名望*

单位：苏州大学

研究背景

由于析氧（OER）是电催化产氢的关键电极反应，而酸性电解水产氢更受到人们的重视，这是因为它具有更大的产氢速率、更少的副产物，以及可利用商业可得的质子交换膜。不过，可供酸性OER的催化剂不多，主要有氧化铱和氧化钌。

对氧化铱来讲，它的稳定相是金红石相，其酸性析氧的活性不是很理想。因此，合成介稳相氧化铱就显得尤为重要。介稳材料一直受到人们的关注，尤其是在催化领域，这是因为介稳材料具有较高的能量，往往要比稳定相的催化活性更好。

然而，利用常规的合成手段一般只能得到稳定相，介稳材料的合成需要以高能量的注入为前题条件。我们采用微波辅助的熔碱力化学法得到3R相的IrO2，发现其具有优异的酸性OER性能。

值得一提的是，这种介稳新相3R-IrO2，具有类似于石墨可撕裂成石墨烯的性质，从而得到单层的1T-IrO2 (Nat. Commun., 2021, 12, 6007. 10.1038/s41467-021-26336-2).

文章简介

在这里，来自苏州大学的邵琪副研究员，刘阳教授、康振辉教授、邵名望教授，在国际知名期刊Joule上发表题为“Extraordinary acidic oxygen evolution on new phase 3R-iridium oxide”的文章。

该文章提出了在微波辅助下，结合强碱环境、高温和力化学法（可简称为微波辅助的熔碱力化学法），首次得到了介稳新相3R- IrO2，并应用于电化学催化酸性OER反应，得到了很好的效果。

图1. 微波辅助熔碱力化学法合成3R- IrO2示意图。

文章要点

要点一：提出微波熔碱力化学合成法

在强碱KOH环境下，对原料氯化铱进行高温研磨，在这种苛刻的反应条件下可得到介稳新相3R-IrO2。

要点二：得到介稳新相3R-IrO2

氧化铱的稳定相为金红石相，而本文得到的氧化铱经表征后，确认为3R新相。

图2：金红石与3R-IrO2的结构示意图，红色为氧原子。

要点三：优异的氢离子扩散速率

3R-IrO2具有很好的面内质子传输速率，而铱空位又使得它具有很好的层间质子传输能力，可以把酸性析氧过程中产生的氢质子从催化剂的活性位点快速地传递到溶液主体，避免了催化剂的失活，从而维持催化剂活性位点的活性。使得催化剂具有很好的酸性OER催化稳定性。

图3：铱空位的示意图。

要点四：优异的电催化性能

3R-IrO2具有很好的酸性析氧（OER）催化活性。在1M高氯酸溶液中，其过电位仅为188mV@10mA/cm2。这是由于3R-IrO2这个介稳新相对析氧中间体具有合适的吸附自由能，导致其具有很好的OER催化活性。

要点五：前瞻

介稳新相材料的研究一直是科研工作者的研究热点，但传统的合成方法往往只能得到稳定相，这就需要进行高能量的注入。通过微波辅助熔碱力化学合成方法有可能制备更多的介稳相材料，并找到它们的潜在应用。

文章链接

Extraordinary acidic oxygen evolution on new phase 3R-iridium oxide

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435121004463

DOI：10.1016/j.joule.2021.10.002

通讯作者简介

邵琪，苏州大学材料与化学化工学部副研究员，长期从事介稳相电化学催化剂的设计和制备。

2016年在苏州大学开展工作以来，以通讯作者和第一作者(包括共同第一作者)发表SCI文章39篇，包括：Nat. Commun.（1篇）、Sci. Adv.（1篇）、Adv. Mater.（1篇）、Energy Environ. Sci.（1篇）、Joule（2篇）、Adv. Funct. Mater.（3篇）、Nano Lett.（2篇）、ACS Nano（5篇）、Acc. Chem. Res.（1篇）。2020年获得苏州市自然科学优秀学术论文一等奖。2021年获苏州大学“优秀青年学者”称号，2021年入选江苏省科协青年科技人才托举工程和苏州市科协青年科技人才托举工程。

第一作者简介

范正龙，苏州大学功能纳米与软物质研究院2019级博士研究生。

主要从事新型亚稳相材料的合成及其在电化学上的应用。目前以第一或共一作者身份发表了Joule, Nat. Commun., iScience, Inorg. Chem. Fron.等SCI论文4篇。

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