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應化所/應物所Angew.: O在Ir/Nb2O5-x催化劑/載體界面動態遷移，實現高效酸性OER

基于聚合物電解質膜(PEM)的水電解已被證明在與可再生能源的相容性方面優于堿性水電解，這歸功于其快速響應和在高電流密度工作的能力。雖然Ir迄今為止一直是催化緩慢的析氧反應(OER)的首選元素，但它的稀缺性嚴重阻礙了PEM水電解槽(PEMWE)的廣泛采用。為此，通過提高催化活性和降低Ir負載來降低催化劑的成本一直是幾十年來研究的熱點，并且采用廉價的金屬氧化物作為Ir的載體是一種有效提高催化活性的途徑。

近日，中科院長春應化所邢巍、葛君杰、王穎和中科院上海應物所姜政等以Nb₂O_5-x負載Ir作為模型催化劑(Ir/Nb₂O_5-x)并結合operando光譜，證明了偏壓誘導的催化劑/支撐界面可以通過動態界面氧遷移機制促進OER性能。

具體而言，通過同時監測Ir、Nb和O的局部結構，光譜結果顯示：1.O可以從Nb₂O_5-x遷移到Ir納米顆粒，生成Ir-O配位結構；2.Ir表面過量的O可以在Nb₂O_5-x中的Nb⁴⁺上得到反饋。

理論模擬進一步證明了在工作條件下界面氧物種的動態遷移具有較小的能壘。這一過程不僅在OER催化過程中引入了IrO_x上的一個新的變量，從而打破了尺度關系，而且在高電位下保持較低的氧化還原狀態，保證了IrO_x的穩定性。

因此，優化后的Ir/Nb₂O_5-x在PEMWE中表現出了優異的性能，在1.839 V時提供的電流密度為3 A cm^-2，并且在2 A cm^-2下連續運行超過2000小時，具有顯著的耐久性。此外，用Ir/Nb₂O_5-x組裝的單電池可產生8 A cm^-2的電流密度，并在與風力發電耦合運行條件下表現出良好的循環穩定性。這種動態的催化劑/載體界面相互作用為設計具有高催化性能的電催化劑提供了理論基礎。

Enhanced Acidic Water Oxidation by Dynamic Migration of Oxygen Species at the Ir/Nb₂O_5-x Catalyst/Support Interfaces. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202212341

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