質(zhì)子交換膜電解水制氫（PEMWE）具有能耗低、效率高、氫氣品質(zhì)好等優(yōu)點，尤其是對寬波動的快速響應，可自洽于可再生能源波動性，是綠色氫能發(fā)展的重要方向。但是PEM制氫，尤其是陽極目前嚴重依賴貴金屬Ir作為催化劑，用量較大，成為制約該技術規(guī)模應用的關鍵“卡點”之一。盲目降低貴金屬載量易造成活性位點數(shù)量驟減、薄催化層結(jié)構(gòu)坍塌以及電子傳導路徑斷裂，因此如何大幅降低Ir基催化劑用量（≤ 0.5 mg_Ir?cm^-2）是PEM制氫走向規(guī)模應用的主要挑戰(zhàn)。

中科院上海高等研究院楊輝研究員團隊與寧波中科科創(chuàng)研發(fā)團隊通過在Nb₂O₅載體材料均勻引入微量Ce原子，并表面負載超小IrOx顆粒 (＜2 nm)，構(gòu)建一種具備強“金屬氧化物-載體”相互作用的負載型Ir基催化劑(IrOx@Ir/Ce-Nb₂O₅)。于載體材料中進行Ce原子摻雜，既提升載體與活性中心間的電子轉(zhuǎn)移能力，同時保證Ir/IrOx活性材料的晶格完整性，避免催化活性快速衰減。該催化劑酸性析氧反應過電位僅275 mV@10 mA cm^-2，并在膜電極實際工況下表現(xiàn)出良好的活性與穩(wěn)定性，正持續(xù)檢測低載量下的長周期壽命（0.3 mg_Ir?cm^-2）。

圖1 ?IrOx@Ir/Ce-Nb₂O₅催化劑相關結(jié)構(gòu)與電化學表征

圖2 ?IrOx@Ir/Ce-Nb₂O₅催化劑反應機理分析