氢气制储研究组《Journal of Energy Chemistry》 ：质子受体功能化载体可增强氧化铱催化剂在水氧化反应中的去质子化动力学

研究背景：

在酸性析氧反应（OER）中，质子的缓慢脱除通常会阻碍反应中间体的生成与转化。受催化剂载体功能化策略的启发，本文尝试使载体有效参与脱质子过程，以缓解这一瓶颈。

研究内容：

载体氧空位在OER过程中有利于OH⁻的吸附，所吸附的OH⁻可作为有效的质子受体，从而显著促进关键反应中间体的去质子化过程。实验表征与理论计算共同证实，在OER过程中，IrO_x/In₂O₃-Ov催化剂中的氧空位（Ov）有利于OH⁻的吸附。

采用乙酸盐前驱体法结合后续退火处理，成功制备了IrO_x/In₂O₃-Ov催化剂。电镜表征结果确认，IrO_x成功负载于In₂O₃-Ov表面，且分散状态均匀。

XRD和Raman表征结果共同证实，IrO_x成功负载于In₂O₃-Ov载体上。XPS和XAS分析结果表明，In₂O₃-Ov载体的引入并未改变Ir活性中心的化学价态及配位环境，从而排除了载体对活性中心本征结构的调控效应。

在三电极体系及PEMWE单电池测试条件下，IrO_x/In₂O₃-Ov催化剂均表现出优异的酸性OER活性和稳定性。

原位红外光谱分析发现，IrO_x/In₂O₃-Ov电催化剂在OER过程中出现了*OOH和*OO两种中间体的特征信号。在排除晶格氧参与机制（LOM）的前提下，*OO信号可归因于*OOH中间体的去质子化过程；D₂O原位拉曼光谱观察到In–O键的特征峰发生偏移，归因于OH⁻吸附于In₂O₃-Ov表面并参与去质子化过程；旋转圆盘电极（RDE）测试结果表明，IrO_x/In₂O₃-Ov表现出更强的去质子化能力；DFT理论计算表明，In₂O₃-Ov载体的引入可显著降低*OOH→O₂步骤的反应能垒，证实了吸附于In₂O₃-Ov表面的OH⁻对*OOH去质子化过程的关键促进作用。此外，质子受体的概念可进一步拓展至CO₃^2-和PO₄^3-，它们同样具有加速催化剂去质子化过程的潜力。

本工作证实，通过对富含缺陷的载体进行功能化改性，使其充当质子传递介质，为设计高效且低铱用量的OER催化剂提供了一条行之有效的策略。该论文发表在国产期刊Journal of Energy Chemistry（2026年影响因子15.6，链接https:// //www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095495626004997?via%3Dihub）。论文第一作者2023级博士生张凯杨，通讯作者李晋平教授和刘光教授。