近日，我院的苏徽新能源催化原位研究团队在铱剂催化剂的质子交换膜电解槽研究中取得重要进展，在《Advanced Materials》发表了题为“Unraveling Compressive Strain and Oxygen Vacancy Effect of Iridium Oxide for Boosting Acidic Oxygen Evolution Reaction”的学术论文。
质子交换膜水电解装置（PEMWE）具有比碱性水电解装置更低的电阻损失、更少的气体交叉和更高的电流密度，为高纯度制氢开辟了一条有希望的途径，满足了未来碳中和的需要。目前，基于IrO2的电催化剂具有较高的抗氧化性和耐溶解性，仍然是催化氧析出的最佳选择。然而，基于Ir的材料甚至表现出不满意的活性，因为它们在稳定高活性氧化中间体（例如O*， OH*）方面效果较差，这需要高金属负载的Ir来克服屏障，导致制造的成本很高。因此，迫切需要开发一种有效的策略来设计既具有增强活性又具有长期耐用性的Ir基电催化剂。
本工作通过模板限域-生长策略制备了Ni原子掺杂的IrO2 （T-xNi/IrO2, x = 0.05, 0.16, 0.24, 0.36）催化剂，不同低价的Ni掺杂量会在IrO2中引入不同程度的压缩应力和氧空位，Ni掺杂不仅通过压缩应变诱导晶格畸变增加Ir─O的共价性，而且还产生富氧空位（Ov）来调节Ir位点的电子结构，从而提高了酸性OER。原位同步辐射傅里叶变换红外光谱和X射线吸收精细结构光谱验证了两个水（H2O）分子在Ir和相邻的Ov （Ir─Ov）对上的快速吸附，直接耦合*O─O*中间体，绕过缓慢的*OOH。结合理论计算，在T-IrO2中掺杂Ni可以调节Ir 5d -和O 2p -带中心，增加Ir 5d和O 2p轨道的重叠，触发连续的金属位-氧空位协同机制（MS-OVSM）反应途径，增强活性和稳定性。
文章的通讯作者是湖南师范大学苏徽教授、中国科学技术大学刘庆华副教授以及黄河科技学院吴东海博士。本研究得到了国家自然科学基金和湖南省自然科学基金的支持。
论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202501179
课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/huisu