近日，我院苏徽/廉世勋发光材料研究团队在单原子Ir催化水氧化研究方面取得重要进展，在国际综合类期刊Nature子刊发表了题为“Tensile straining of iridium sites in manganese oxides for proton-exchange membrane water electrolysers”的研究论文。Nature Communications2024, 15:95.
质子交换膜电解（PEMWE）装置具有比碱性电解装置更低的电阻损失、更少的气体交叉和更高的电流密度，是生产清洁氢（H2）燃料的一种有前途和可持续的途径。目前，水电解的整体效率受到阳极上析氧反应（OER）涉及到的缓慢的四质子耦合电子转移过程的限制，整体电解效率需要进一步提升。
本研究通过水热-快速热解策略Ir单原子锚定的MnO2（TS-Ir/MnO2）催化剂晶格中引入拉伸应力调整表面Ir位点的吸附行为，加速*OH在表面氧空位处的去质子化，从而有效防止Ir位点的局部过氧化，减少溶解，保持催化剂的结构完整性。利用多种原位谱学表征（原位XAFS和FTIR）结果，成功揭示单原子铱电催化剂具有高效酸性OER活性的催化本质，提出了反应中水分子可以快速填充氧空位而抑制体相材料的溶解的局域晶格氧介导机理（L-LOM），该工作突出了优化新型材料电子结构的重要性，并加深了对单原子催化剂在促进OER性能方面结构动态演变反应机制的理解。
文章第一作者是湖南师范大学苏徽教授与中国科学技术大学的杨晨宇博士，通讯作者是湖南师范大学的苏徽教授、廉世勋教授以及中国科学技术大学的刘庆华副教授。本研究得到了国家自然科学基金的支持。