新闻网讯 12月27日，《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）在线刊发了化学与化工学院王得丽教授团队的最新研究成果“强异原子键诱导Ir-Mn金属间化合物受限重构实现高效、持久的PEM水电解”（Strong Heteroatomic Bond-Induced Confined Restructuring on Ir-Mn Intermetallics Enable Robust PEM Water Electrolyzers,DOI:10.1002/anie.202420470）

质子交换膜（PEM）电解水技术具制氢效率高、制氢纯度高、结构紧凑、响应快、产氢过程即产即用等优点，适用于波动性可再生电力驱动的制绿氢系统。然而，在PEM电解槽中，动力学缓慢的阳极氧析出反应和强阳极化腐蚀对该技术的工业化部署提出了巨大的挑战。目前，商业阳极催化剂长期以来严重依赖于储量稀少、价格高昂的铱基材料，限制了PEM电解槽技术的大规模应用。因此，开发低铱负载量、兼顾活性和稳定性的新型PEM电解槽阳极催化剂至关重要。

图1.Ir-Mn金属间化合物原位受限演变机理及电解槽性能示意图

针对上述问题，王得丽教授团队提出了一种原子有序化策略调节催化剂的表面动态重构过程，以获得兼具高活性、稳定性和低铱载量的酸性氧析出电催化剂。实际工况下，具有强异原子键的Ir-Mn金属间化合物（Ir-Mn IMC）诱发了合理的表面受限重构演变过程并形成了自稳定的无定型氧化层包覆Ir-Mn IMC的核壳结构。结合原位/非原位表征与理论计算结果表明，催化层中诱导的强共价Ir-O-Mn单元削弱了氧中间体OOH*的形成障碍，优化了OER动力学。并且促进了H₂O分子的优先动态补充/转化途径，从而抑制了晶格氧的不可控参与（晶格氧参与量较纯Ir低了约2.6倍），确保了结构完整性，是从而表现出超过纯IrO₂的Pourbaix稳定极限。

在实际PEM电解槽中，Ir-Mn IMC以极低Ir负载（0.24 mg_Ircm⁻²）作为阳极催化剂在80 °C下实现了高效的电催化的性能（3.0 A cm⁻²@1.851 V），并能稳定运行2,000小时以上。估算的能量消耗和制氢成本分别仅为 49.07 kWh kg⁻¹H₂和每kg H₂0.98美元，进一步证明了有序金属间催化剂的巨大商业部署潜力。这项工作突出了强异原子键诱发的表面限制演化，为涉及表面重构催化剂设计提供了新见解。

图2.王得丽教授（右一）指导学生

我校为该项工作的第一完成单位及通讯单位，化学与化工学院2021级博士生王双为该论文的第一作者，王得丽教授为论文唯一通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（22279036）、新能源化学与器件引智基地（B21003）的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202420470