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清華/物構所EES：CrO2和IrO2之間強耦合，助力CrO2-0.16IrO2實現高電流密度酸性OER

由可持續電力驅動的水電解為生產綠色氫能并減少碳排放提供了一種有前途的策略。在各種水電解技術中，質子交換膜(PEM)電解槽因其電流密度大、能量轉換效率高和氫氣純度高等優點而收到廣泛關注。到目前為止，對在高電流密度下陰極析氫電催化劑的活性和耐久性方面的研究取得了許多進展。然而，開發在高電流密度下具有優異性能的陽極OER催化劑密度仍具有挑戰性，這影響了PEM電解槽效率和壽命，阻礙了其工業應用。

近日，清華大學劉碧錄和中科院福建物構所柴國良等報道了一種在CrO₂上的孔洞中加入IrO₂產生具有強偶聯界面的Cr-Ir氧化物電催化劑，該催化劑表現出高活性和穩定性。

實驗結果和理論計算表明，所制備的CrO₂-IrO₂催化劑上的活性IrO₂與耐腐蝕CrO₂之間存在強耦合，減小了Ir-O鍵的長度，并優化OER中間體的吸附能，顯著提高了催化劑的活性和耐久性。

因此，得益于CrO₂和IrO₂之間的強耦合，優化的CrO₂-0.16IrO₂電催化劑在0.5 M H₂SO₄解質中電流密度達到2 A cm^?2時的OER過電位僅為425 mV；該催化劑中的Ir負載量僅為50 μg cm^?2，但其表現出較高的質量活性(762 A g_Ir^-1)，并且其在1 A cm^?2電流密度下連續運行100小時而沒有發生明顯的活性下降，優于商業IrO₂電催化劑。

此外，使用CrO₂-0.16IrO₂催化劑組裝的PEM電解槽達到1和2 A cm^-2電流密度時僅需1.63 和1.73 V的電池電壓，表明其具有巨大的的工業應用潛力。綜上，該項研究中報道的催化劑設計策略可以擴展到其他材料系統和電化學反應，有助于推進PEM在工業所需的高電流密度下的實際應用。

A Robust Chromium-iridium Oxide Catalyst for High-current-density Acidic Oxygen Evolution in Proton Exchange Membrane Electrolyzers. Energy & Environmental Science, 2023. DOI: 10.1039/D3EE01192E

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