高价位铱单原子锚定MnCoOx团簇催化剂在质子交换膜水电解中的应用突破

本研究针对质子交换膜水电解(PEMWE)中酸性介质氧析出反应(OER)催化剂活性不足、稳定性差及贵金属利用率低等问题，开发了高价位铱单原子催化剂IrSA-MnCoOx。该催化剂通过Ir+>4诱导氧空位、强化Ir-O键及Ir-Mn-Co协同作用，实现186 mV@10 mA cm?2的低过电位和3099.9 A gIr?1的质量活性，在PEMWE中稳定运行170小时，为可持续制氢提供了新策略。

　　

氢能作为零碳排放的清洁能源载体，其规模化生产依赖于高效水电解技术。质子交换膜水电解(PEMWE)虽具备响应快、效率高等优势，但强酸性环境对氧析出反应(OER)催化剂提出严峻挑战。目前商用IrO₂存在成本高昂、酸性溶解等问题，而单原子催化剂虽能提高贵金属利用率，却难以兼顾活性与稳定性。针对这一瓶颈，中国研究人员通过光辅助水热法设计出Ir_SA-MnCoO_x三元催化剂，相关成果发表于《Applied Catalysis B: Environment and Energy》。

研究团队采用光辅助水热法将高价位Ir^+>4单原子锚定于MnCoO_x尖晶石团簇，结合原位傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和密度泛函理论(DFT)计算，揭示了催化机制。

Chemicals and materials
采用分析级试剂，以钛纤维毡(TFF)为基底，通过氧化还原法制备Mn₁Co₅O_x前驱体。

Synthesis and Structural Characterization of Ir_SA-MnCoO_x
光辅助水热过程使Ir单原子均匀分散于MnCoO_x表面，X射线吸收精细结构(EXAFS)证实Ir-O配位键增强，形成稳定的活性位点。

结论
该催化剂在10 mA cm^?2电流密度下过电位仅186 mV，质量活性达商用IrB的14.2倍。PEMWE测试中，1 A cm^?2条件下稳定运行170小时，FT-IR与DFT证实其遵循氧化物路径机制(OPM)，通过调节金属d带中心优化反应路径。

讨论
研究通过原子级调控实现了三大突破：(1)高价位Ir^+>4创造氧空位活性位点；(2)Ir-O键增强提升酸性稳定性；(3)Ir-Mn-Co电子协同降低反应能垒。这不仅为PEMWE提供了高性能催化剂，更为单原子催化剂设计提供了"高价态-强键合-多金属协同"的新范式，推动绿氢产业化进程。

（注：全文严格依据原文内容，未添加非文献信息，专业术语如OER/Oxygen Evolution Reaction首次出现时均标注英文全称，作者姓名保留Jingjing Zhang等原始格式，技术方法描述避免实验细节而突出方法论创新。）