研究背景
在可再生能源推动下，水电解生产绿色氢气是一项塑造未来能源基础设施的重要技术。低温质子交换膜水电解槽（PEMWE）与更成熟的液体碱性电解槽技术相比，具有许多优势。然而，PEM电解槽中恶劣的腐蚀性酸性条件使得阴极和阳极必须使用贵金属基催化剂。金红石IrO2是目前最先进的阳极析氧反应（OER）催化剂。但基于Ir的阳极催化剂储量有限，成本高，目前的可回收性有限，并且还没有可行的替代品。为了实现可扩展性，未来的PEM水电解槽技术必须在相当或改进的电池电压（电压效率）下，将其功率比铱需求量（gIr kW-1）降低两个数量级。为了应对这一挑战，必须降低PEM水电解槽阳极的Ir负载，同时保持相当的阳极催化剂层厚度。这需要开发新的电催化剂，降低Ir堆积密度（gIr cm-3）。
本文要点
1. 报道了一种TiO2负载的Ir@IrO(OH)x核壳纳米颗粒催化剂，在1.53 VRHE下Ir质量活性从8到150 A gIr-1，同时将Ir的堆积密度从1.6降低到0.77 gIr-3以下。
2. 与商业IrO2/TiO2相比，这种低Ir负载的催化剂可在70%低位热值（LHV）下将铱利用率从0.42降低到0.075 gIr kW-1。
3. 活化的Ir@IrO(OH)x/TiO2催化剂-载体体系表现出异常稳定的支撑核-壳颗粒形态，表明纳米颗粒与晶体氧化物表面之间存在强烈的催化剂-载体相互作用（CSIs）。
图文内容
Figure 1. Illustration of design constrains and challenges for low Ir-loaded PEM water electrolyzer anodes.
Figure 2. Physico-chemical characterization of Ir nanoparticles supported on a.TiO2 powders.
Figure 3. Electrocatalytic OER activities of activated Ir/a.TiO2 catalysts.
Figure 4. In-situ Ir dissolution and OER performances of 50%, 60%, and 70% Ir/a.TiO2, and Umicore reference were averaged from three consecutive short ADTs, measured using ICP–MS coupled SFC.
（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
文献信息
Hoang Phi Tran,Peter Strasser* et al. Reactivity and Stability of Reduced Ir-Weight TiO2-Supported Oxygen Evolution Catalysts for Proton Exchange Membrane (PEM) Water Electrolyzer Anodes. J. Am. Chem. Soc. 2024.
DOI：10.1021/jacs.4c07002
https://doi.org/10.1021/jacs.4c07002
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