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中国科研人员合成一种超高性能的嵌入式负载催化剂

双碳情报 · 公众号 · · 2025-03-26 14:40

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由中国科学院文献情报系统双碳战略研究团队运营的“ 双碳情报 ”公众号正式上线！重点跟踪报道主要国家和重要组织双碳相关战略规划、政策法规、发展路线图、重大计划、重点项目等动态讯息，监测分析双碳领域国际前沿科技热点和发展态势。

中国科研人员合成一种超高性能的嵌入式负载催化剂

2月14日，复旦大学研究人员通过创造性的熟化诱导嵌入策略，合成了具有极高催化活性和稳定性的铱/铈（Ir/Ce）嵌入式负载催化剂，同时减少了贵金属用量，为绿色氢能的可持续发展开辟了新的里程碑。

催化剂的性能一直是限制质子交换膜电解槽（ PEMWE ）技术广泛应用的主要瓶颈。目前，铱及其氧化物（ IrOₓ ）被认为是唯一能够在 PEMWE 阳极的强酸性环境下稳定工作的催化剂。但 Ir 的高昂成本（每克超过 180 美元）和稀缺储量（在地壳中仅为百万分之三）制约了 PEMWE 技术的规模化部署。为了解决上述难题，研究团队结合了纳米颗粒提供的单位面积高密度铱位点的优势，以及将催化剂锚定在金属氧化物载体上以增强其稳定性的策略。团队将 IrO₂ 纳米颗粒牢固嵌入 CeO₂ 载体中，并采用超声辅助多元醇法以确保载体生长与铱成核速率的协调匹配，从而获得了一种具有超高稳定性和高效性的催化剂。在该过程中，嵌入深度最佳为颗粒直径的一半。低温电子断层扫描和全原子动力学蒙特卡罗模拟结果表明，通过超声处理调节载体生长速率与铱成核速率的同步，是催化剂成功合成的关键。在长达 6000 小时的 PEMWE 工况测试中，使用该催化剂的 PEMWE 系统在每平方厘米 3 安培电流密度下实现了 1.72 伏的电池电压，且 Ir 负载仅为每平方厘米 0.3 毫克，电压退化率为每小时 1.33 微伏，所有性能指标均超出相关国际标准（如美国能源部 2026 设计目标）。该策略具有广泛的适用性，可推广至其他催化剂系统，为设计下一代高稳定性负载型催化剂提供了重要的技术路径。

来源： Shi W, Shen T, Xing C, et al. Ultrastable supported oxygen evolution electrocatalyst formed by ripening-induced embedding. Science, 2025, 387(6735): 791-796 ^[1]

[1]https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr3149

（滕飞孙玉玲）