固体聚合物电解质水电解(SPEWE)因其电流密度高、产氢纯度高、设备操控灵活、与波动性可再生能源相容性好等诸多优势成为制造“绿氢”的理想途径。然而,氧析出反应(OER)侧的缓慢动力学速度及高氧化电势成为制约电解水整体表现的关键。当前,贵金属铱氧化物(IrOx)仍然是综合性能最佳的OER催化剂,为提升其应用潜质,保证高效催化性能的同时削减Ir金属的投入量仍是无法回避的现实难题。
通过担载作用有望同时实现对IrOx纳米粒子的分散、锚定及电子调控,但兼具耐腐蚀及高电导率特性的载体材料仍然乏善可陈,目前主要集中于非化学计量比Ti氧化物及金属杂原子掺杂Ti/Sn氧化物。相比而言,非金属元素如F、N、B、P也是能有效调节TiO2能带结构的掺杂剂,但普遍应用于光催化体系,电催化体系仍鲜有报道。
最近,山东科技大学李国强课题组报道了一种经固相反应加乙二醇回流还原过程合成F掺杂TiO2担载IrOx(IrOx/F-TiO2)催化剂并用于高效OER。F-TiO2的电导率高达0.28 S cm-1,相比TiO2(7.9*10-6 S cm-1)提升了104个数量级。F-TiO2对IrOx的良好分散效果主要源于F掺杂生成还原性Ti3+物种,能够在合成过程中有效吸附含有高价Ir4+物种的IrCl62-金属前驱体离子。F-TiO2与IrOx之间显著的电子间相互作用既能高效提升固有催化活性,又能极大抑制反应过程中Ir的氧化溶解行为,从而保留充足的活性位点。此外,F-TiO2自始自终可以有效锚定IrOx纳米粒子,保证其均匀分散性以及活性位点的充分暴露。 本工作基于电极催化材料的高效设计,既拓展了非金属掺杂型TiO2在电催化体系中的成功运用,也为电解水的规模化推广探寻出新的研究着力点。 论文信息 Enhanced Electrocatalytic Performance of IrOx by Employing F-Doped TiO2 as Support towards Acidic Oxygen Evolution Reaction Dr. Guoqiang Li, Xiaojie Xu, Dr. Huan Liu, Xin Yang, Prof. Meng-Chang Lin ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202201039