用于酸性析氧反应研究的原位表征技术

杨家豪，施兆平，王意波，葛君杰，刘长鹏，邢 巍

（1中国科学技术大学应用化学与工程学院，安徽合肥 230026；2中国科学院长春应用化学研究所，先进化学电源实验室，电分析化学国家重点实验室，吉林长春 130022）

氢气是绿色清洁能源的直接载体，同时也是合成甲醇、合成氨、石油加氢裂化等化工反应的原料[1]。电解水制氢技术可以将来自太阳能和风能等具有间歇可用特点[2]的可再生能源有效地转化为稳定的氢能进行储存，因而受到广泛关注。水电解制氢技术可以分为碱性水电解制氢、质子交换膜(PEM)水电解制氢、固体氧化物水电解制氢[3]。其中，PEM 水电解制氢技术具有系统紧凑(具有工业化集成优势)、气体交叉低(制氢纯度高)、效率高(降低电能损耗)、响应速度快(制氢过程可随时停启)、电流密度高(制氢速率更快)等优点[4-5]，成为最具应用前景的制氢方式。然而，阳极侧的氧析出反应(OER)包含四电子/质子转移，动力学缓慢，限制了PEM 电解水制氢能量转化效率的提升[6]。此外，由固体电解质PEM带来的局域强酸环境[7]以及氧析出电位下的强效电化学氧化能力对阳极催化剂的耐酸性和耐氧化性提出了极高的要求。因此，已有大量研究工作围绕具有高活性和稳定性的OER 催化剂的设计展开，相关综述也对所报道的催化材料进行了系统性地总结[8-14]。而在催化机理方面，尽管已有大量文献[2-3,6-7,15-16]从热力学或动力学的角度对酸性OER 催化剂的催化机制做了总结，即包括吸附质析出机制(AEM)和晶格氧介导机制(LOM)两类。……