综述：提升质子交换膜水电解槽效率：从材料设计到电极工程

这篇综述全面探讨了质子交换膜水电解槽（PEMWE）中铱基电催化剂（IBEs）的最新进展，重点分析了酸性条件下氧析出反应（OER）的机理，并提出通过形态/载体工程、结构/相调控和电子结构优化等策略同步提升催化活性和稳定性，为开发高效耐用的OER催化剂提供了系统框架。

　　

质子交换膜水电解技术（PEMWE）作为清洁制氢的核心装置，其大规模应用受限于阳极氧析出反应（OER）在强酸性环境中的缓慢动力学。近期发表在顶级期刊的综述系统梳理了铱基电催化剂（IBEs）的研究进展，为突破该技术瓶颈提供了多维度解决方案。

机理研究：双路径协同作用

酸性OER遵循吸附演化机制（AEM）和晶格氧机制（LOM）两种反应路径。AEM通过OH→O→OOH四电子转移过程进行，但受限于ΔGOOH与ΔG_*OH的线性关系，理论过电位下限为370 mV。LOM则通过晶格氧（O_L）直接参与反应打破该限制，但伴随铱溶解和氧空位（O_V）形成导致稳定性下降。研究表明，IrO₂表面2.5 nm内的氧交换是LOM活跃区域，而质子嵌入型H_3.6IrO₄·3.7H₂O能稳定Ir⁶⁺中间体，实现S-number达1.9×10⁷的超长稳定性。

材料设计：三维策略优化

形态工程方面，1D Ir-Te纳米线通过模板法构建多孔结构，使η@10 mA cm^-2降至284 mV；2D Ir-IrO_x/C纳米片有序介孔通道加速传质；3D RuIr纳米珊瑚结构暴露(0001)晶面，创下165 mV的纪录过电位。尺寸调控中，单原子催化剂h-HL-Ir SACs实现4.17 s^-1的转换频率（TOF），而亚纳米团簇Ir-COP通过限域效应提升原子利用率。

稳定性突破：相工程新范式

新型6H-SrIrO₃和单斜相IrO₂纳米带通过[IrO₆]八面体边缘共享结构抑制溶解。含晶格水的IrO_x·nH₂O在PEMWE中稳定运行5,700小时，电压衰减率仅4 μV h^-1。W-Ir-B双相合金通过IrW纳米通道限制IrO₂团簇尺寸，在100 mA cm^-2下持续800小时。

器件集成：低铱负载技术

梯度锥形阵列（GTA）电极将Ir载量降至0.2 mg cm^-2，在2 A cm^-2时电压1.801 V。高熵合金HEA@Ir-MEO通过"鸡尾酒效应"调节电子结构，实现3 A cm^-2@1.85 V的性能，制氢成本降至0.88美元/kg。

非贵金属替代：酸性环境突破

钴基尖晶石La/Mn-Co₃O₄在PEMWE实现90 h@0.3A cm^-2稳定运行，而γ-MnO₂通过自修复机制创下8,000小时耐久记录。氟化Co₃O₄构建F-Co-O活性位，在pH=1条件下实现120 h稳定催化。

该领域未来需重点关注动态机理的原位表征、LOM与AEM的协同优化，以及膜电极组件（MEA）的界面工程，最终实现DOE制定的80,000小时寿命目标和2 A cm^-2@1.9 V的技术指标。