通过掺杂剂触发的活性作用，制备出一种排列整齐的铱掺杂氧化钨自支撑电极，从而显著提升酸性水电解的性能

质子交换膜水分解（PEMWEs）研究中，采用水热-电沉积法制备Ir掺杂WO3纳米带阵列催化剂（Ir-WO3@CP），具有0.015 mg·cm?2超低Ir负载和垂直纳米结构。该催化剂在0.5 mol·L?1 H2SO4中实现HER过电位39 mV（100 mA·cm?2）和OER过电位345 mV，比活性达10.3 A·mg?1（HER）和3.13 A·mg?1（OER），归因于Ir掺杂优化反应物吸附能及降低W价态。用作PEM电解水双极催化剂时，连续运行33小时稳定性优异，凸显其低成本氢能制备潜力。

　　

摘要

质子交换膜水电解（PEMWEs）是一种有前景的能源转换和存储技术，因为它与可再生能源发电具有很好的兼容性。金属/金属氧化物载体的相互作用可以调节局部电子结构并促进电荷转移动力学过程。本文设计并合成了一种在碳纸基底上负载的、具有良好排列的掺铱WO₃双功能催化剂（记为Ir-WO₃@CP），采用了一种简便的水热电沉积方法制备。该催化剂具有超低铱负载量（0.015 mg_Ir·cm^?2）和垂直排列的纳米带阵列形态。Ir-WO₃@CP电极表现出优异的性能：在0.5 mol·L^?1 H₂SO₄溶液中，氢 evolution 反应（HER）的电流密度达到100 mA·cm^?2，过电位（η）仅为39 mV；氧 evolution 反应（OER）的电流密度为345 mA·cm^?2，过电位为345 mV。HER的比活性显著提高（10.3 A·mg_Ir^{-1}，相对于可逆氢电极（RHE）在-50 mV时）；OER的比活性也有所提高（3.13 A·mg_Ir^{-1}，相对于RHE在1.55 V时）。这种性能提升归因于铱掺杂优化了反应中间体的吸附自由能，以及降低了钨（W）的价态，从而加速了OER和HER的动力学过程。此外，完全暴露的活性位点和高度分散的铱中心进一步提高了贵金属的利用效率。当Ir-WO₃@CP同时用作质子交换膜水电解器中的阳极和阴极时，其稳定运行时间超过33小时，凸显了其在经济高效氢生产方面的潜力。

图形摘要

质子交换膜水电解（PEMWEs）是一种有前景的能源转换和存储技术，因为它与可再生能源发电具有很好的兼容性。金属/金属氧化物载体的相互作用可以调节局部电子结构并促进电荷转移动力学过程。本文设计并合成了一种在碳纸基底上负载的、具有良好排列的掺铱WO₃双功能催化剂（记为Ir-WO₃@CP），采用了一种简便的水热电沉积方法制备。该催化剂具有超低铱负载量（0.015 mg_Ir·cm^?2）和垂直排列的纳米带阵列形态。Ir-WO₃@CP电极表现出优异的性能：在0.5 mol·L^?1 H₂SO₄溶液中，氢 evolution 反应（HER）的电流密度达到100 mA·cm^?2，过电位（η）仅为39 mV；氧 evolution 反应（OER）的电流密度为345 mA·cm^?2，过电位为345 mV。HER的比活性显著提高（10.3 A·mg_Ir^{-1}，相对于可逆氢电极（RHE）在-50 mV时）；OER的比活性也有所提高（3.13 A·mg_Ir^{-1}，相对于RHE在1.55 V时）。这种性能提升归因于铱掺杂优化了反应中间体的吸附自由能，以及降低了钨（W）的价态，从而加速了OER和HER的动力学过程。此外，完全暴露的活性位点和高度分散的铱中心进一步提高了贵金属的利用效率。当Ir-WO₃@CP同时用作质子交换膜水电解器中的阳极和阴极时，其稳定运行时间超过33小时，凸显了其在经济高效氢生产方面的潜力。

图形摘要