近日，海洋科学与工程学院康振烨教授所在团队在能源化学领域Top期刊Advanced Functional Materials(IF=18.5)上发表题为“Ru dopedIr nanowiresforhigh-efficient and durableproton exchange membranewater electrolyzers”的研究论文。海南大学庞冰倩硕士（研二）为论文的第一作者，海南大学康振烨教授和田新龙教授为论文共同通讯作者，海南大学海洋科学与工程学院为第一通讯单位。

质子交换膜电解水（PEMWE）具有能量转换率高、氢气纯度高等优点，是一种前景广阔的制氢技术，由于OER反应的高电位和强酸性环境将使催化剂产生严重腐蚀，从而使电解槽的长期运行面临巨大挑战。本工作通过简便的工艺制备了超细铱钌纳米线（IrRu NWs）（图1），它不仅在酸性OER和HER中均表现出卓越的活性和稳定性；其中，OER中IrRu NWs在10 mA cm^-2时的过电位为243 mV，显著低于商用二氧化铱和纯铱纳米线，而且在电流密度为50 mA cm^-²的条件下可稳定运行超过120小时；HER中IrRu NWs仅需要17 mV就可以达到10 mA cm^-2的电流密度，而且在50 mA cm^-2的电流密度下可以稳定运行100小时以上。

图1. IrRu NWs合成步骤以及作用机制

在实际的PEMWE器件中（图2），IrRu NWs在2 V电压下的电流密度比阳极和阴极分别采用商用IrO₂和Pt/C组成的膜电极高出17.6%，而且还可以在大电流密度下（1.0 和 1.5 A cm^-2）的条件下稳定运行500小时以上，降解率仅为28 μV h^-1，充分展示了IrRu NWs在PEMWE中广阔的应用前景。通过分析，一方面纳米线结构自身优良的导电性是性能的基础；另一方面，掺杂Ru可以改变Ir的电荷分布，从而降低了催化剂的反应能垒，提高了酸性OER性能。原位测试表明，Ir逐渐转化为高价氧化物，而Ru价态逐渐降低，抑制了Ru的溶解，从而有效防止了Ru在酸性介质中的过度氧化。这项工作为设计高效PEMWE电催化剂提供了一种可行的方法。本研究工作将铱基催化剂的高稳定性以及钌基催化剂的高活性相结合，兼顾了高性能和长寿命的应用需求，为高性能、长寿命PEMWE催化剂的设计提供新的研究思路。

图2.（a）PEMWE装置示意图；（b）IrRu NWs在PEMWE中的性能对比；（c）IrRu NWs在PEMWE中的性能稳定性结果

该工作得到了海南省院士创新平台科研基金（YSPTZX202315）、海南大学启动科研基金（KYQD(ZR)-20008、20082、20083、20084、21065、21124、21125）、海南省首批“南海新星”产业创新人才平台项目（202309006）、国家自然科学基金（22109034，22202053，52362031，52274297）、无机合成与制备化学国家重点实验室开放项目（2024-8）的支持。

文章链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202411062