低成本、高性能的阳极电催化剂的设计是质子交换膜水电解应用的关键。本文采用简单液相还原法设计合成了富Ir壳层和AuIr合金芯层的核壳结构，暴露了大量活性位点。Ir活性位的d波段中心仅为2nm，由于Au和Ir原子在核壳界面上的电负性差异而发生偏移。在酸性和高电位条件下，强电子效应可以抑制Ir活性位点的溶解和腐蚀。结果表明，Irx@Au0.25Ir0.75−x催化剂在电流密度为10 mA cm−2时的过电位仅为235 mV，比工业Ir黑色催化剂低75 mV，质量活性比工业Ir黑色催化剂高2.6倍。此外，当Irx@Au0.25Ir0.75−x作为阴离子催化剂时，在PEMWE中，1 A cm−2的电解电压为1.7 V，该活性保持100 h以上，并表现出优异的稳定性，表明其作为电催化剂的理想前景。
a）各种电催化剂的XRD谱图。b）Ir NPs, c）Irx@Au0.75Ir0.25−x, d） Irx@Au0.5Ir0.5−x和e）Irx@Au0.25Ir0.75−x的透射电镜。f）Irx@Au0.25Ir0.75−x的相关EDS映射。
a）Ir NPs, Au NPs, Irx@Au0.75Ir0.25−x, Irx@Au0.5Ir0.5−x和Irx@Au0.25Ir0.75−x的Ir 4f和b）Au 4f XPS光谱
在N2饱和的0.5 M H2SO4 (aq)中，在25°C下对Irx@Au0.75Ir0.25−x、Irx@Au0.5Ir0.5−x、Irx@Au0.25Ir0.75−x、Ir NPs和商用Ir黑进行电化学测试。a）CV曲线扫描速率为10mV s−1。b）扫描速率为5 mV s−1时的OER极化曲线。c-e）过电位、Tafel图和(b)得到的质量活度。f）从0.55到0.60 V的CV曲线得到的电化学表面积
a）Irx@Au0.25Ir0.75−x催化剂在顺序电流密度为10、30、50和100 mA cm-2时的计时电位曲线。稳定运行前后的b）Ir, c）Au和d）O XPS光谱
Irx@Au0.25Ir0.75−x在0.5 M H2SO4溶液中不同电位下的原位拉曼光谱
以Irx@Au0.25Ir0.75−x和Ir黑为阳极电催化剂的PEM电解槽性能。a）极化曲线，b）CV曲线和c EIS Nyquist图，在80 ℃下用Nafion 115膜得到PEM电解槽。d）在0.5 A cm−2的电流密度下，使用Irx@Au0.25Ir0.75 - x绘制PEM电解槽的计时电位曲线。在0.5 A cm−2的电流密度下，得到了100 h前后的CV曲线和f）EIS Nyquist图
综上所述，我们构建了H2O-乙二醇液相还原具有富Ir核心和AuIr合金外壳的Ir@AuIr催化剂，可作为高效稳定的阳极OER催化剂用于PEMWE。在Irx@Au0.25Ir0.75−x催化剂中，Ir核心可以暴露出更多的活性位点，并且强电子相互作用定制了Ir活性中心的电子构型，从而表现出优异的电催化性能，如比活性、质量活性和稳定性。Ir@AuIr电催化剂在10 mA cm−2下的过电位仅为235 mV，比商用Ir黑低73 mV, Irx@Au0.25Ir0.75−x的质量活性比商用Ir黑高2.61倍。此外，Ir@AuIr电催化剂经过50 h多电位测试后，电解电压几乎没有增加，稳定性极佳。从电子调节效应来看，Irx@Au0.25Ir0.75−x电催化剂在PEMWE中表现出比商用Ir黑更高的效率和稳定性。所制备的催化剂不仅可以用于OER，而且为电催化反应提供了可行性。
Modulation in the electronic structure of Ir-rich shell on AuIr solid solution as OER electrocatalyst for PEM electrolyzer | Journal of Applied Electrochemistry (springer.com)
https://doi.org/10.1007/s10800-024-02104-0
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