浙江大学CEJ观点：锚定在Co-Mo氧化物空心纳米笼上的超小IrO2纳米颗粒用于酸性OER

第一作者：韩微微

通讯作者：李苹*，张兴旺*

单位：浙江大学

由于析氧反应OER涉及四电子转移步骤，反应动力学缓慢，导致电解水过电位高，酸性OER的实际应用受到限制。迄今为止，贵金属铱Ir及它的氧化物是酸性OER中最好的催化剂，但是Ir极为稀有且非常昂贵，且质量活性较低，极大限制了规模化应用。所以为了降低催化剂成本，设计具有低的Ir负载量且同时具有高质量活性的Ir基催化剂非常有必要。将Ir作为金属氧化物掺杂元素或者构建含Ir的异质结构可以获得含Ir量低的电催化剂。尤其是通过耦合廉价且丰富的过渡金属元素来构建含有不同晶体结构和大量界面的异质结构催化剂被证明是可行的。

近日，来自 浙江大学的张兴旺教授和李苹副研究员 ，在国际知名期刊 Chemical Engineering Journal 上发表题为 “Ultrasmall IrO ₂ Nanoparticles Anchored on Hollow Co-Mo Multi-oxide Heterostructure Nanocages for Efficient Oxygen Evolution in Acid” 的文章。该文章以ZIF-67为模板，合成了同时具有大量异质结构和空心结构的低Ir含量IrO ₂ @Co ₃ O ₄ -CoMoO ₄ 电催化剂用于酸性OER，并通过实验和DFT计算分析了催化活性提升原因。

以ZIF-67为模板，构建超小IrO ₂ 纳米颗粒负载在Co ₃ O ₄ -CoMoO ₄ 空心纳米笼上的IrO ₂ @Co ₃ O ₄ -CoMoO ₄ 复合氧化物电催化剂。该催化剂大致保留了ZIF-67的十二面体结构且具有大量的异质结构，IrO ₂ 颗粒大小低至1~2 nm。

在酸性电解液（0.5 M H ₂ SO ₄ ）中对制备的一系列催化剂进行OER活性测试。电化学测试结果显示IrO ₂ @Co ₃ O ₄ -CoMoO ₄ -75表现出最好的OER活性，10 mA cm ^-2 时过电位为236 mV，远低于商业IrO ₂ 的过电位。且在ƞ = 300 mV时质量活性高达713 A g ^–1 Ir，是IrO ₂ 质量活性的37.5倍。

通过DFT计算表明，在IrO ₂ @Co ₃ O ₄ -CoMoO ₄ 的异质界面处可以看到强的电子转移，电子结构得到显著调节，从而加速OER过程中的电子传输。此外通过与Co-Mo氧化物进行复合，IrO ₂ @Co ₃ O ₄ -CoMoO ₄ 的反应中间体吸附能得到降低。

要点四：总结

该论文成功设计出了一种原位分散在空心Co ₃ O ₄ -CoMoO ₄ 异质结构纳米笼上的超小IrO ₂ 纳米颗粒用作酸性OER催化剂。大量异质界面的存在使得IrO ₂ @Co ₃ O ₄ -CoMoO ₄ 空心纳米笼表现出优异的催化性能。活性增强的原因得益于其独特的异质结构，不仅能调节催化剂的电子结构、优化中间态吸附能、降低反应能垒，还增加了活性位点的数量。该工作说明了复合氧化物异质结构催化剂在酸性OER中的潜在应用价值。

Ultrasmall IrO ₂ Nanoparticles Anchored on Hollow Co-Mo Multi-oxide Heterostructure Nanocages for Efficient Oxygen Evolution in Acid”

张兴旺 教授简介：2001年本科毕业于山东大学，2006年博士毕业于浙江大学。现为浙江大学化学工程与生物工程学院工环所教授、博士生导师。主要研究方向为能源与环境材料，主要开展纳米材料制备、太阳能利用、电化学、环境催化水处理方面的研究。近5年作为负责人或参与国家基金、浙江省科技厅、自然科学基金等项目，在《Nature Nanotechnology》(IF 39.2)、《Nature Communications》(IF 12.353)2 篇、《Angew Chemie International Edition》(IF 11.261)、《Nano Letter》(IF 13.592)、《Energy Environmental Science》(IF 25.427) 2篇、《Advanced Materials》（IF 17.493）、《Advanced Functional Materials 》（ IF 11.8）等国际顶级期刊发表论文70余篇， 论文被引用3000余次。

李苹 副研究员简介：2021年博士毕业于中国科学院长春应用化学研究所，电分析国家重点实验室分析化学专业，主要研究方向为低维金属纳米材料的调控及在电催化能源转化、气体传感以及有机染料降解等。现为浙江大学衢州研究院特聘副研究员、浙江大学化学工程与生物工程学院兼聘教师。目前发表高水平学术论文20多篇，包括Nano Energy、Analytical Chemistry、ACS Applied Materials and Interfaces、Chemical Engineering Journal等，申请中国发明专利3项，在研横向项目1项、市级重点科技项目1项、高层次人才引进项目1项。

韩微微 ：2018年硕士毕业于天津大学化工学院，现为浙江大学化工学院在读博士。曾以第一作者身份在Applied Catalysis B-environmental，Journal of Materials Chemistry A，Nanoscale等学术刊物上发表研究论文。

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