发生在电解水阳极的析氧反应(OER)涉及四个电子的转移，动力学缓慢，严重制约了反应的整体效率。由低价Ir活性中心组成的非化学计量Ir基氧化物(IrOx)由于其的本征活性，通常被认为是最有前景的OER催化剂。然而，由于高电位和氧化环境导致严重的Ir浸出和催化剂表面重构，阻碍了活性低价Ir位点的稳定维持，因此IrOx仍然存在长期稳定性不理想的问题。引入过渡金属氧化物载体实现Ir均匀分散是解决上述挑战的有效解决方案。然而，氧化物载质与Ir基物种的结合形式多种多样，因此选择合适的载体以有效地构建低价Ir活性位点，同时保持其反应稳定性是首要任务。
近日，北京大学郭少军和吕帆等开发了一种Ir-Ce固溶体氧化物(Ir-Ce SSO)，其特点是在二氧化铈(CeO2)作为均匀分散Ir原子的电子缓冲剂，以维持具有优异酸性OER稳定性的低价Ir物种的存在。一系列光谱表征和理论计算表明，CeO2的电子缓冲能力促进了电荷向Ir原子的转移，产生了大量的活性低价Ir位点，有效地阻止了它们的氧化和溶解；同时，由于CeO2与Ir之间的电子缓冲相互作用，Ir的空位形成能力增强，d带中心下移，导致OER反应速率决定步骤(*O转变为*OOH)的能垒明显降低，从而提高了反应活性和稳定性。因此，在酸性条件下，Ir-Ce SSO催化剂在10 mA cm−2电流密度下的过电位仅为238 mV，明显低于Com-IrO2(297 mV)；Ir-Ce SSO在1.3-1.8 VRHE电位范围内Ir的溶出量较低，IrIII物种的溶出速度较慢，说明电子缓冲剂CeO2有效地抑制了Ir的溶出。此外，基于Ir-Ce SSO的PEMWE器件(Ir载量为396 μg cm−2)能够在500 mA cm−2的工业电流密度下稳定运行超过100小时。综上，该项工作探索了在OER电解过程中固溶体氧化物载体作为电子缓冲层维持低价Ir物种的作用，为未来电解水催化剂的设计提供了有效的指导。Cerium dioxide as an electron buffer to stabilize iridium for efficient water electrolysis. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202400809
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