科研成果

电解水反应的能量转换效率受限于阴极的析氢反应（HER）和阳极的析氧反应（OER）的高过电势。目前，贵金属Pt被认为是最好的HER催化剂，Ir/Ru的氧化物被认为是最好的OER催化剂，但它们成本高且稳定性较差。进一步增强贵金属催化剂的活性和稳定性，同时降低其负载量是近年来的研究热点，近日，胡卫华教授课题组在该研究方向取得了新进展。

他们设计制备了负载于氮掺杂石墨烯上的铱（Ir）纳米颗粒（Ir@N-G-600）。该催化剂中Ir负载量低至6.98 μg cm^-2，但在酸性和碱性介质中均表现出比Pt/C、RuO₂、Ir/C等商业催化剂更优的HER、OER催化活性和寿命，在1.6 V槽压下实现稳定的10 mA cm⁻²电解水。进一步研究表明，该催化剂的高活性与稳定性归因于其中丰富的Ir-N配位，改变了Ir原子的电子结构，形成了更有利于HER、OER过程的电子构型。

图1. Ir@N-G-600催化剂的合成示意图

相关成果以“Electronic interaction boosted electrocatalysis of iridium nanoparticles on nitrogen-doped graphene for efficient overall water splitting in acidic and alkaline media”为题发表在国际知名期刊Chemical Engineering Journal (2021, 415, 129034)，第一作者为硕士研究生易凌亚，通讯作者为胡卫华教授，中国工程物理研究院姚运喜研究员为共同通讯作者。这一工作也是继Journal of Materials Chemistry A, 2021, 9, 4213，ChemSusChem, 2021, ‏14, 730，Advanced Science, 2020, 7, 2001965，Advanced Functional Materials, 2020, 30, 2004009， Nano Energy 2019, 62, 117，Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7, 10534等前期工作后，该课题组在电解水催化方向取得的又一重要进展。

该研究工作得到国家自然科学基金面上项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129034