氫經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)是以電化學(xué)能源技術(shù)的進(jìn)步為基礎(chǔ)的，而水電解是技術(shù)組合中的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。聚合物電解質(zhì)膜水電解槽(PEMWE)陽(yáng)極催化劑的開(kāi)發(fā)主要集中在活性上，受反應(yīng)物/中間體/產(chǎn)物吸附的組成和形態(tài)的影響。然而，當(dāng)這些材料集成到PEMWE膜電極組件中時(shí)，該策略的效率被發(fā)現(xiàn)是有限的。不管催化劑的活性如何，電極的不均勻性、離聚體的集成以及氧化物-氧化物界面的高密度都會(huì)導(dǎo)致與較差的催化電極導(dǎo)電性相關(guān)的顯著性能損失。

來(lái)自美國(guó)德雷克塞爾大學(xué)，勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等單位的研究人員，開(kāi)發(fā)了由納米孔Ir和納米片(npIrx-NS)組成的獨(dú)特的催化劑形態(tài)，與商用IrO2納米催化劑相比，npIrx-NS表現(xiàn)出對(duì)陽(yáng)極析氧反應(yīng)的高催化活性和優(yōu)異的電極電子導(dǎo)電性，從而解決了這些局限性。npIrx-NS在PEMWE MEAs中的應(yīng)用證明了其有效性，在負(fù)載低至0.06 mgIr cm2時(shí)，其性能超過(guò)商用催化劑涂層膜，而在50000次加速應(yīng)力測(cè)試循環(huán)后，其性能損失可以忽略不計(jì)。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202101438

圖1.a，b)Ni95Ir5前驅(qū)體合金脫合金化形成的npIrx-NS的透射電子顯微鏡(TEM)照片。

圖2.a)不同前驅(qū)體Ni(100x)Irx合金在2M H2SO4+0.5M HCl中的陽(yáng)極掃描電位去合金化電流密度。

圖3.a)TKK IrO2(黑色)和npIrx-NS(紅色)在0.1M HClO4中的RDE-OER極化曲線，催化劑負(fù)載量為28 gcm 2。

圖4.npIrx-NS和TKK IrO2壽命初期的極化性能電壓擊穿(BOL)

圖5.a)在0.06mgIrcm2陽(yáng)極負(fù)載下npIrx-NS(紅色)和TKK IrO2(黑色)的極化曲線。用于比較的是循環(huán)法研究中的代表性極化曲線(灰色)，該研究使用一種商用催化劑涂層膜(CCM)完成，并由一組參與研究人員在一系列設(shè)施中進(jìn)行了測(cè)試。

圖6.(頂部)BoL npIrx-NS在AST之前的TEM。(下)EOL NP-Irx-NS，AST后的TEMS；50000次AST循環(huán)，0.17mgIr cm 2陽(yáng)極負(fù)荷。

綜上所述，本文展示了一種由均勻Ni-Ir合金前驅(qū)體制備具有納米孔Ir的納米片(npIrx-NS)的新的自上而下電化學(xué)處理技術(shù)。平均孔徑為5-10 nm，薄片厚度為60-100 nm，橫向尺寸為1-2m，使這些電極材料成為PEMWE酸性O(shè)ER的理想電極材料。PEMWE極化曲線的電壓擊穿分析表明，npIrx-NS由于質(zhì)量傳輸限制而造成的初始性能損失可以通過(guò)電位誘導(dǎo)納米孔納米片的重組、改善催化劑的可及性以及將質(zhì)量傳輸過(guò)電位降低到與使用商用標(biāo)準(zhǔn)TKK IrO2催化劑的陽(yáng)極相當(dāng)?shù)乃蕉玫骄徑狻Ｔ?.06mgIrcm2的超低Ir陽(yáng)極負(fù)荷下觀察到了納米多孔納米片狀形貌的真正優(yōu)勢(shì)，其中納米多孔金屬的橫向連接性和互連金屬主干的組合屈服顯著地降低了HCD歐姆損耗。在PEMWE中，npIrx-NS在50000次AST循環(huán)上也表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能。由于npIrx-NS具有獨(dú)特的導(dǎo)電內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)平衡、高深寬比和穩(wěn)定的形貌，是一種很有前途的下一代PEMWE材料。