摘要
电解水制氢是实现电能到氢能的能源转换和储存技术之一，其中在酸性体系下电解水具有产氢量大且氢气纯度高等优势。动力学迟缓的阳极析氧反应（OER）是电解水的限速步骤。因此，探索高效且稳定的析氧电极是十分必要的。本研究通过发展简便的电沉积方法，在钛片和钛毡基体上构建无需表面活性剂与粘结剂的自支撑IrOx基催化剂，研究晶格有序度调控策略和掺杂策略对构筑高效稳定IrOx基电极材料的作用。 采用循环伏安电沉积法在钛片上制备了一种具有丰富的无定形IrOx/晶体IrO2相界面的自支撑IrOx/Ti电极材料。该催化剂具有三维多孔结构、丰富的异质界面、缺陷、表面OOH和IrIII物种，这些因素的协同作用显著促进了OER过程。沉积50圈的IrOx-50/Ti电极在0.1MHClO4中当电流密度为10mAcm-2时过电位为250mV，在1.53VvsRHE电位处质量活性达92.6mAmgIr-1，在10和50mAcm-2的阶梯电流密度下稳定时长超过190h，稳定性因子（S-number）达到2.23×106。 进一步研究了循环伏安共沉积法合成Ru掺杂的自支撑IrRuOx/Ti电极材料。掺杂Ru后电极无序度高、表面缺陷密度提高、Ru与Ir之间存在强电子转移与相互作用。相比于IrOx/Ti电极，Ir0.95Ru0.05Ox/Ti电极的表观活性、质量活性与本征活性均得到进一步提高。在10mAcm-2的电流密度下过电位低至200mV，在1.53VvsRHE电位处质量活性达166.7mAmgIrRu-1，在10mAcm-2和50mAcm-2的阶梯电流密度下稳定时长超过192h，S-number为1.12×106。 为了进一步降低贵金属Ir用量，采用恒电位共沉积法合成了Co修饰的自支撑金属间IrOx电极。三维多孔的钛毡与超薄纳米片的紧密结合有利于降低电荷转移电阻，增强活性位点的暴露。金属间氧化物IrCoOx表面适度的CoIII/CoII与OM-O/OOH比例、Ir与Co原子之间的强电子转移、IrOx（具有高活性与稳定性）与CoOx（具有大比表面积与丰富缺陷）的协同作用能有效调控催化剂的电子结构从而加速OER。相比于IrOx/TFF电极，IrCoOx-600μL/TFF-350℃电极的表观活性、质量活性与本征活性均进一步得到提高。在10mAcm-2的电流密度下过电位仅需217mV，在1.53VvsRHE电位处质量活性达318.3mAmgIr-1，在10mAcm-2和50mAcm-2的阶梯电流密度下稳定时长超过192h，S-number为6.81×105。
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