开发铱（Ir）基电催化剂仍面临的一个挑战是酸性析氧反应（OER）过程中的活性与稳定性权衡，特别是对于高效的表面重构IrOx催化剂。
2024年12月4日，哈尔滨工业大学（深圳）陶有堃副教授、深圳大学特聘研究员邵静在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Tackling activity-stability paradox of reconstructed NiIrOx electrocatalysts by bridged W-O moiety》的研究论文，Muhammad Imran Abdullah、方雨笙、Xiaobing Wu为论文共同第一作者，陶有堃副教授、邵静特聘研究员为论文共同通讯作者。
陶有堃，哈尔滨工业大学（深圳）理学院副教授。2006年本科毕业于湖南大学，导师: 徐仲榆教授；2009年在中科院宁波材料技术与工程研究所获硕士学位，导师：王蔚国研究员、崔平研究员，随后留所担任高级助理一年；2014年在丹麦科技大学获得博士学位，导师：Prof. Mogens Mogensen。2015-2016年在美国西弗吉尼亚大学作 Postdoc Materials Scientist；2016-2019年在南方科技大学任教；2019年加入哈尔滨工业大学（深圳）建立能源催化与绿氢技术课题组。
陶有堃副教授近十几年来一直在氢能燃料电池领域国内外领军机构，从事相关材料学、电化学、能源工程等研究开发，涉及材料合成表征、电池制备、电化学测试、衰减机制及优化、结构设计等，对固体氧化物电池（SOC）技术和质子膜（PEM）电池技术均有深入认识和实践。已在本领域国际知名期刊发表论文50多篇，申请发明专利近20项。
邵静，深圳大学化学与环境工程学院特聘研究员。2006年本科毕业于华中科技大学，2009年在中国科学院宁波材料技术与工程研究所获硕士学位，2013年在丹麦科技大学获得博士学位，随后留校从事博士后研究，2015年加入深圳大学。
邵静研究员近十五年一直致力于燃料电池及电解技术的研究与技术开发，申请发明专利十余项, 并在PNAS、Adv. Funct. Mater.、J Mater. Chem. A、ACS Appl. Mater. Interfaces、J. Power Sources 等权威期刊发表学术论文五十余篇。
为解决这个问题，作者通过在NiIrOx电催化剂中形成桥接的W-O部分来构建相选择性Ir基电催化剂。通过电化学脱合金过程，作者以Ni作为牺牲元素，设计出具有表面羟基化金红石型NiWIrOx电催化剂的纳米多孔结构。
尽管Ir含量较低，NiWIrOx在10 mA cm-2电流密度下的OER表现出180 mV的最小过电位。它在1.8 V下维持了约300 h的OER，电流密度稳定在300 mA cm-2，并显示出3.9×105 noxygen nIr-1的稳定数。
研究证明，产生的W-O-Ir桥接基序是通过促进OER中间体的去质子化和促进热力学上有利的双位点吸附-演化机制来提高OER催化效率的关键。
此外，W-O在NiIrOx中的相选择性插入通过W-O-Ir桥接基序实现电荷平衡，通过调节Ir-O共价有效抵消晶格氧损失。
图1：NiWIrOx电催化剂的合成与表征
图2：NiWIrOx纳米晶体的形貌表征
图3：NiWIrOx催化剂的电化学活性
图4：NiWIrOx催化剂在OER过程中的稳定性
图5：在酸性OER电催化过程中表面结构的XPS和XAS分析
图6：NiWIrOx的OER机制
图7：W-O-Ir基团的结构表征
综上，这项研究通过构建含有桥接W-O基团的NiWIrOx电催化剂，有效解决了Ir基电催化剂在酸性OER中的活性与稳定性矛盾。结果表明，该电催化剂在低Ir含量下表现出优异的OER性能和长期稳定性，具有重要的科学意义和应用前景。
研究人员开发了一种新型的NiWIrOx电催化剂，在10 mA cm-2的OER条件下仅需180 mV的过电位，且能在1.8 V下维持约300 h的稳定性，电流密度达到300 mA cm-2。
该成果对于开发高效、低成本的酸性水电解电催化剂具有重要意义，有望推动可再生能源技术的发展，特别是在质子交换膜水电解（PEMWE）等工业应用中具有广泛的应用前景。
Abdullah, M.I., Fang, Y., Wu, X. et al. Tackling activity-stability paradox of reconstructed NiIrOx electrocatalysts by bridged W-O moiety. Nat. Commun., (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54987-4.
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