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在工業(yè)質(zhì)子交換膜（PEM）電解槽中，Ir氧化物被認(rèn)為是唯一實用的析氧反應(yīng)（OER）催化劑。然而，其活性低、成本高的缺點極大地阻礙了質(zhì)子交換膜電解槽的規(guī)模化發(fā)展。

基于此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曹瑞國教授，李喜玉博士，雷占武博士（共同通訊作者）等人報道了原子分散的Ir原子加入到尖晶石Co₃O₄晶格中作為酸性O(shè)ER催化劑，它對水氧化表現(xiàn)出優(yōu)異的活性和穩(wěn)定性。

在10 mA cm^-2時，該催化劑的過電位降至226 mV，超高轉(zhuǎn)換頻率為3.15 s^-1 (η=30 0 mV)，比商用IrO₂高3個數(shù)量級。

本文通過DFT計算分別研究了Ir₁-Co₃O₄(311)和IrO₂(110)上的OER機制。IrO₂(110)表面的電勢決定步驟（PDS）是*OOH的形成步驟（*O+H₂O→*OOH+H⁺+e^–），過電位為0.97 V。

然而，而Ir₁-Co₃O₄(311)的PDS是O₂的形成步驟（*OOH→*+O₂+H⁺+e^–）,過電位為0.41 V。這些結(jié)果表明Ir₁-Co₃O₄(311)有效地降低了過電位并大大增強了OER活性。

重要的是，在Ir₁-Co₃O₄(311)上生成*OOH的能量優(yōu)勢是由于*OOH的末端H原子和與Ir原子配位的晶格O原子之間的強氫鍵相互作用（氫鍵長度為1.75 ?），這種強氫鍵作用不能在吸附在IrO₂(110)和Co₃O₄(311)上的*OOH上形成。

因此，在Ir₁-Co₃O₄(311)上生成的*OOH的獨特吸附構(gòu)型會影響PDS并降低反應(yīng)的過電位，進(jìn)一步增強OER活性。

Spinel-Anchored Iridium Single Atoms Enable Efficient Acidic Water Oxidation via Intermediate Stabilization Effect. ACS Catal., 2023, DOI: 10.1021/acscatal.2c05940.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c05940.

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