​江南大学ACS Nano: 聚酰亚胺负载Ir单原子，高效稳定催化酸性OER

氢能作为化石燃料的替代品，在能量转换、化学工业和其他领域有着广泛的应用前景。水电解可以利用电能将H ₂ O转化为H ₂ 和O ₂ ，被认为是最有效的制氢方法之一。析氧反应(OER)是水电解制氢的关键半反应，它涉及复杂的中间体和缓慢的动力学的四电子质子转移，限制了水分解的整体效率。Ir基催化剂具有较高的活性和稳定性，作为酸性OER催化剂受到广泛关注。

然而，Ir的高成本和稀缺性成为其大规模应用的障碍。为了满足酸性水电解制氢的实际要求，需要开发低成本、高效率和持久的OER催化剂，同时尽量减少金属Ir的使用。

近日， 江南大学刘天西 课题组首先在碳纸上涂覆一层聚酰亚胺，随后沉积Ir单原子，制备出Ir ₁ -PI@CP催化剂，并将其用于高效催化酸性OER。实验结果显示，在酸性条件下，Ir ₁ -PI@CP催化剂达到10和100 mA cm ^-2 电流密度所需的过电位分别为254和347 mV，优于Ir@CP (317和450 mV)和IrO ₂ @CP (305和455 mV)。

此外，该催化剂在经过7000次CV循环后仍保持良好的活性，并且在10 mA cm ^-2 下可以连续稳定电解超360个小时。同时，稳定性测试后材料的形貌和结构基本保持不变，显示出良好的反应耐久性。

理论计算结果显示，在反应过程中，PI载体增强了Ir单原子的d带中心，可以调节中间体的吸附，从而显著降低在形成*OOH中间体(速率决定步骤)所需的能垒。原位电化学阻抗谱(EIS)和pH依赖性电化学实验表明，PI和Ir单原子之间强的载体-金属相互作用促进了质子-电子转移过程，增强了反应动力学。