2月，东莞理工学院材料科学与工程学院汪文龙研究员团队联合兰州大学、中国科学院大连化学物理研究所等科研单位，在酸性析氧反应（OER）电催化剂领域取得重要突破。研究人员成功开发了一种新型三元氧化物催化剂（Ir-RuSnOx），显著提升了质子交换膜水电解（PEMWE）技术的效率与稳定性。相关研究成果以"Sn-Triggered Bridging-Oxygen of Ir-O-Ru Deprotonation Enhances Acidic Oxygen Evolution Reaction"为题，发表在材料科学顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials）上。论文以东莞理工学院为第一完成单位，兰州大学、中国科学院大连化学物理研究所等为合作单位。博士后李彦琴、方彬博士为论文共同第一作者，汪文龙研究员、李泽龙研究员为通讯作者；中国科学院大连化学物理研究所李灿院士指导研究工作。
质子交换膜水电解（PEMWE）技术因其高电流密度操作、超高纯度氢气产出及优异的电压效率，被视为实现绿色氢能大规模商业化的关键技术之一。然而，阳极析氧反应（OER）缓慢的动力学过程严重限制了PEMWE系统的整体效率和长期耐久性。目前，主流的酸性OER催化剂主要基于钌（Ru）和铱（Ir）基材料。其中，Ru基催化剂活性高但在强酸和高电位环境下极易溶解流失；Ir基催化剂稳定性较好但所需工作电压高且成本昂贵。如何设计兼具高活性和长寿命的酸性OER催化剂，一直是该领域亟待解决的科学难题。
针对上述挑战，研究团队设计并合成了一种原子级分散的Ir取代表面Ru位点的三元氧化物催化剂Ir-RuSnOx，构建了独特的Ir-O-Ru原子界面。
通过结合电化学测试与理论计算，团队揭示了一种全新的反应机制：锡（Sn）作为强电子供体，增强了Ir-O-Ru motif中桥氧（Obri）的电子局域化能力。这使得桥氧能够作为质子受体，促进Ru位点上O-H和OO-H物种的去质子化过程，形成Obri-H中间体。这一机制有效降低了决速步（RDS）的能垒，加速了OER动力学。同时，Sn的引入增加了Ir-O-Ru结构的电子密度，增强了其抗氧化降解的能力，从而实现了活性与稳定性的双重提升。
性能表现卓越
实验数据显示，该新型催化剂在酸性条件下表现出优异的电催化性能：其在10 mA cm-2电流密度下的过电位低至165 mV，并在100 mA cm-2条件下稳定运行超过350小时；进一步的实际器件验证表明，集成该催化剂的PEMWE系统能在1 A cm-2的大电流密度下连续运行800小时而无明显衰减，展现了良好的工业化应用前景。
研究意义与展望
该研究工作为优化传统吸附演化机制（AEM）的动力学限制提供了新思路，也为解决贵金属催化剂在酸性环境下的溶解问题提供了一种可行的解决方案。研究成果为实现高效、长寿命的酸性OER电催化剂开辟了新路径，对推动质子交换膜水电解技术的商业化应用具有重要的科学意义。
研究团队
氢能与燃料电池研究团队，是材料科学与工程学院新能源材料研究中心下属的研究团队之一，目前主要成员10名。团队主要聚焦于氢能、燃料电池和锂电池领域的应用基础研究。团队成立以来，成员获批国家级科研项目6项、省部级项目10项、横向项目和成果转化超400万元；累计发表论文100余篇，其中在Advanced Materials、Chemical Reviews、Advanced Energy Materials、Advanced Science、Energy Storage Materials、Small、Journal of Materials Chemistry A、Applied Catalysis B-Environmental、Chinese Journal of Catalysis等高水平期刊发表论文10余篇。
文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202519807
（撰稿：汪文龙；一审：李润霞；二审：尹华勤； 三审：李长平）
