氢被视为替代化石燃料的潜在能源载体，可解决能源需求和环境问题。质子交换膜水电解(PEMWE)具有高能量密度、更高的氢气纯度和快速的系统响应，被认为是生产绿色氢气的理想且可持续的方法。因此，它可能是缓解可再生能源间歇性和波动性并有利于其大规模应用的有效解决方案。
然而，PEMWE 中的阳极析氧反应 (OER) 涉及缓慢的四电子/质子转移过程，导致反应动力学缓慢。另外，局部强氧化性和酸性环境会腐蚀催化剂，导致耐久性差。因此，迫切需要开发高效稳定的OER催化剂，以促进OER通过水分解实现高效、经济的制氢。
近日，中国科学院长春应用化学研究所张新波研究员与合作者通过一步烧结法开发出一系列高价金属掺杂非晶铱电催化剂，用于促进酸性介质中的OER。受益于通过引入Ta掺杂和缺陷工程对几何效应和电子效应的调节，与商用IrO 2和IrO x相比，实现了活性和稳定性的增强。
研究结果发表在《催化学报》上。
高价金属掺杂是通过一种简单的一步烧结工艺实现的，其中缺陷的构造是通过调节反应温度来控制的。掺杂剂和缺陷的引入有利于促进电荷转移、增加反应位点以及增强IrO x上OER的固有反应性。同时，金属(Ta)-氧配位的强大相互作用进一步增强了反应过程中 IrO x的稳定性。
最佳电催化剂 (350-Ta@IrO x ) 在 1.55 V vs. RHE 下的质量活性 (1207.4 A g Ir –1 ) 比商用 IrO 2高 147.7 倍。结合理论计算发现，Ta掺杂和缺陷工程有利于限速步骤水分子的亲核攻击，从而增强催化活性并降低IrO x上OER的过电势。
此外，它在500小时耐久性测试中没有表现出明显的性能下降，明显优于未掺杂样品和商用IrO 2，并声称其具有工业应用潜力。
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