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质子交换膜水电解（PEMWE）技术，作为绿色氢气生产的核心手段，其广泛应用却受限于阳极催化剂——铱（Ir）的高昂成本与资源稀缺性。针对这一挑战，本研究创新性地开发了IrOx泡沫微板（H-IrOx FPs）作为阳极催化剂。通过结构的精心优化，该催化剂在低铱负载条件下展现出了卓越的催化效率。这一新型催化剂不仅大幅度削减了铱的使用量，还具备出色的长期稳定性，为PEMWE技术未来在工业领域的广泛应用奠定了坚实的基础。
成果简介
科研团队凭借低温合成技术的精湛运用，成功打造出了独特的蜂窝状IrOx泡沫微板结构催化剂。该催化剂凭借其出色的电导性能和微乎其微的质量传输障碍，在仅0.3 mg/cm²的铱负载条件下，实现了超越安培级的显著电流密度。更为引人注目的是，在长达2000小时的严苛测试中，其展现出了无与伦比的稳定性。此项研究深刻地揭示了通过优化铱的利用效率，我们可以有效降低质子交换膜水电解（PEMWE）的成本，并同步提升其性能，为未来氢能经济的可持续发展开辟了新路径。
1.蜂窝与泡沫结构的精妙结合
H-IrOx FPs催化剂巧妙地将蜂窝状IrO₆八面体与泡沫结构融为一体，这一独特设计显著增大了催化剂的比表面积，从而有效促进了电催化活性的提升。
2.低负载下的高效催化表现
即便在Ir负载量低至0.3 mg/cm²的条件下，H-IrOx FPs催化剂依然能够展现出高达3.4 A/cm²的电流密度，这一卓越表现不仅大幅度削减了Ir的使用量，同时也确保了催化效率维持在较高水平。
3.卓越的长时间稳定性
在历经长达2000小时的稳定性测试中，H-IrOx FPs催化剂展现出了极低的电压衰减率，这一结果充分证明了其在极端环境下的出色耐用性和工业应用的巨大潜力。
配图解析
图示1：H-IrOx FPs的合成流程概览
本图详细描绘了H-IrOx FPs通过低温合成技术的制备过程，以及其间蜂窝状与泡沫状结构的逐步成型。特别强调了这种创新结构的优势——极大地拓宽了活性位点的暴露面积，为催化反应提供了更为丰富的反应界面。
图示2：H-IrOx FPs的形态与结构解析
借助高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）与扫描电子显微镜（SEM）的精密成像技术，本图生动展现了H-IrOx FPs独特的蜂窝状结构，深入揭示了其内部高度有序排列的八面体IrO₆单元，进一步验证了其结构的精妙与复杂性。
图示3：H-IrOx FPs的电催化性能优势展示
在电化学性能测试中，H-IrOx FPs在氧气析出反应（OER）中展现出了相较于传统Ir基催化剂更低的过电位，同时实现了更高的电流密度，彰显了其卓越的电催化活性与效能优势。
H-IrOx FPs催化剂凭借其匠心独运的蜂窝-泡沫结构设计，在降低铱负载的同时，实现了高效的电催化性能，这一特性使其特别契合质子交换膜水电解（PEMWE）系统的需求。通过不断精进其结构设计与合成工艺，H-IrOx FPs催化剂有望引领绿色氢气生产迈向大规模、高效益的崭新阶段。
期刊：Angewandte Chemie International Edition
DOI：10.1002/anie.202415032
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202415032
本文由氢能助手提供
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