開發銥（Ir）基電催化劑仍面臨的一個挑戰是酸性析氧反應（OER）過程中的活性與穩定性權衡，特別是對于高效的表面重構IrO_x催化劑。

2024年12月4日，哈爾濱工業大學（深圳）陶有堃副教授、深圳大學特聘研究員邵靜在國際知名期刊Nature Communications發表題為《Tackling activity-stability paradox of reconstructed NiIrO_x electrocatalysts by bridged W-O moiety》的研究論文，Muhammad Imran Abdullah、方雨笙、Xiaobing Wu為論文共同第一作者，陶有堃副教授、邵靜特聘研究員為論文共同通訊作者。

陶有堃，哈爾濱工業大學（深圳）理學院副教授。2006年本科畢業于湖南大學，導師: 徐仲榆教授；2009年在中科院寧波材料技術與工程研究所獲碩士學位，導師：王蔚國研究員、崔平研究員，隨后留所擔任高級助理一年；2014年在丹麥科技大學獲得博士學位，導師：Prof. Mogens Mogensen。2015-2016年在美國西弗吉尼亞大學作 Postdoc Materials Scientist；2016-2019年在南方科技大學任教；2019年加入哈爾濱工業大學（深圳）建立能源催化與綠氫技術課題組。

陶有堃副教授近十幾年來一直在氫能燃料電池領域國內外領軍機構，從事相關材料學、電化學、能源工程等研究開發，涉及材料合成表征、電池制備、電化學測試、衰減機制及優化、結構設計等，對固體氧化物電池（SOC）技術和質子膜（PEM）電池技術均有深入認識和實踐。已在本領域國際知名期刊發表論文50多篇，申請發明專利近20項。

邵靜，深圳大學化學與環境工程學院特聘研究員。2006年本科畢業于華中科技大學，2009年在中國科學院寧波材料技術與工程研究所獲碩士學位，2013年在丹麥科技大學獲得博士學位，隨后留校從事博士后研究，2015年加入深圳大學。

邵靜研究員近十五年一直致力于燃料電池及電解技術的研究與技術開發，申請發明專利十余項,?并在PNAS、Adv. Funct. Mater.、J Mater. Chem. A、ACS Appl. Mater. Interfaces、J. Power Sources?等權威期刊發表學術論文五十余篇。

為解決這個問題，作者通過在NiIrO_x電催化劑中形成橋接的W-O部分來構建相選擇性Ir基電催化劑。通過電化學脫合金過程，作者以Ni作為犧牲元素，設計出具有表面羥基化金紅石型NiWIrO_x電催化劑的納米多孔結構。

盡管Ir含量較低，NiWIrO_x在10 mA cm^-2電流密度下的OER表現出180 mV的最小過電位。它在1.8 V下維持了約300 h的OER，電流密度穩定在300 mA cm^-2，并顯示出3.9×10⁵ n_oxygen?n_Ir^-1的穩定數。

研究證明，產生的W-O-Ir橋接基序是通過促進OER中間體的去質子化和促進熱力學上有利的雙位點吸附-演化機制來提高OER催化效率的關鍵。

此外，W-O在NiIrO_x中的相選擇性插入通過W-O-Ir橋接基序實現電荷平衡，通過調節Ir-O共價有效抵消晶格氧損失。

圖1：NiWIrO_x電催化劑的合成與表征

圖2：NiWIrO_x納米晶體的形貌表征

圖3：NiWIrO_x催化劑的電化學活性

圖4：NiWIrO_x催化劑在OER過程中的穩定性

圖5：在酸性OER電催化過程中表面結構的XPS和XAS分析

圖6：NiWIrO_x的OER機制

圖7：W-O-Ir基團的結構表征

綜上，這項研究通過構建含有橋接W-O基團的NiWIrO_x電催化劑，有效解決了Ir基電催化劑在酸性OER中的活性與穩定性矛盾。結果表明，該電催化劑在低Ir含量下表現出優異的OER性能和長期穩定性，具有重要的科學意義和應用前景。

研究人員開發了一種新型的NiWIrO_x電催化劑，在10 mA cm^-2的OER條件下僅需180 mV的過電位，且能在1.8 V下維持約300 h的穩定性，電流密度達到300 mA cm^-2。

該成果對于開發高效、低成本的酸性水電解電催化劑具有重要意義，有望推動可再生能源技術的發展，特別是在質子交換膜水電解（PEMWE）等工業應用中具有廣泛的應用前景。

Abdullah, M.I., Fang, Y., Wu, X.?et al.?Tackling activity-stability paradox of reconstructed NiIrO_x?electrocatalysts by bridged W-O moiety.?Nat. Commun.,?(2024).