经过ZnOx改性的IrO2–Ta2O5电催化剂在广泛的pH值和电解质浓度范围内表现出优异的电化学氯气生成选择性

氯演化反应（CER）关键电极材料研究：通过热分解与缺氧反应溅射法制备ZnOx改性IrO2–Ta2O5催化剂，电子结构调控使电极在4.0 M（pH 1.0）和0.6 M（pH 6.88）NaCl溶液中均实现高选择性和低过电位（10 mA cm-2下过电位60 mV，电流效率95.7%），宽pH适应性及稳定电流效率源于电子转移机制优化。

　　

氯气析出反应（Chlorine Evolution Reaction, CER）是工业应用中最有价值的电化学反应之一，主要用于氯碱工业、电化学高级氧化过程（Electrochemical Advanced Oxidation Processes, EAOPs）和电解防污技术（Electrolytic Antifouling Technology, EAT）。在这些应用中，[Cl^?]的浓度和pH值各不相同；因此，开发具有高CER选择性的电极材料对于适应广泛的pH范围和变化的[Cl^?]浓度具有重要意义。在这项研究中，通过热分解结合贫氧反应溅射法制备了ZnO_x-改性的IrO₂–Ta₂O₅（ZnO_x@IrO₂–Ta₂O₅）。利用反应溅射技术，成功地将ZnO_x掺入IrO₂–Ta₂O₅的晶胞中，这在一定程度上扩大了晶胞尺寸并显著改变了其电子结构。与IrO₂–Ta₂O₅相比，ZnO_x@IrO₂–Ta₂O₅中Ir⁴⁺ 4f轨道的结合能峰明显向负方向移动，表明电子转移到了Ir上。无论是在4.0 M（pH = 1.0）还是0.6 M（pH = 6.88）的NaCl溶液中，ZnO_x@IrO₂–Ta₂O₅电极的CER活性和选择性都有显著提高。在4.0 M NaCl溶液中，ZnO_x@IrO₂–Ta₂O₅的过电势（overpotential）为10 mA cm^?2（η₁₀）时仅为60 mV，电流效率达到95.7%。即使在0.6 M NaCl溶液中，电流效率也能达到90.1%，这使得ZnO_x@IrO₂–Ta₂O₅适用于广泛的pH范围和不同的电解质浓度。此外，在4.0 M和0.6 M NaCl溶液中，它们的塔菲尔斜率（Tafel slope）分别为41.75 mV^?1和49.74 mV^?1，表明两者的速率决定步骤（Rate-Determining Step, RDS）都是第二次电子转移。