近日，我校材料科学与工程学院清洁能源材料与器件团队在质子交换膜电解水制氢领域取得重要进展，相关成果以“Enriched Oxygen Coverage Localized within IrAtomic Grids for Enhanced Oxygen Evolution Electrocatalysis”为题，在线发表在国际权威期刊Advanced Materials上。
发展氢能是优化能源结构、推动能源转型、保障能源安全的战略选择，对于“双碳”目标实现具有重大意义。可再生能源驱动的电解水技术被认为是最清洁、最有前景的大规模制氢技术之一，其中质子交换膜电解水（PEMWE）因其制氢速率快（1-4 A cm-2），制氢纯度高（>99.99%），制氢输入功率范围宽（5%-150%）等优势，适用于负荷波动频繁的可再生能源转换与存储。长期以来，商业化PEMWE电解槽阳极材料严重依赖贵金属铱基催化剂，但其本征催化活性有限、全球储量低、价格昂贵，严重制约PEMWE的规模化部署。因此，减少贵金属的载量、最大化催化剂的原子利用率至关重要。
针对上述问题，我校研究团队创新性地开发了一种具有新型Ir原子网格结构的阳极析氧催化剂（Ir-Mn-Ov），通过活性MnO2-x载体担载高密度Ir位点（≈10个Ir原子/nm2），可以诱导氧覆盖度效应进而实现金属-载体位点O-O直接耦合的协同催化过程，显著提高了材料的本征活性和催化剂位点的原子利用率。在三电极测试体系中，这种Ir-Mn-Ov催化剂在10 mA cm-2和500 mA cm-2电流密度下分别仅需166 mV和283 mV的超低过电位，质量活性相比商用IrO2提高了380倍。这种氧覆盖度效应可以很好适配阳极侧富氧环境，在PEMWE器件测试体系中，与商用Ir黑催化剂相比，使用Ir-Mn-Ov催化剂时不仅Ir载量降低了95%，反应活性也得到了大幅提升，只需要1.58 V电解电压即可达到1 A cm-2电流密度。
该研究工作以铁算算盘4905香港为唯一通讯单位。我校材料科学与工程学院博士生林昊阳和硕士生杨茜茜为论文第一作者，我校刘鹏飞副教授、戴升教授、杨化桂教授为通讯作者，研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、上海市基础研究特区等项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202408045
