2025年10月1日，高等研究院李秀婷团队通过将钌（Ru）和铱（Ir）金属引入尖晶石结构的Co₃O₄中，成功开发出一种高效且稳定的酸性析氧反应（OER）电催化剂。相关研究成果以“Dual Doping of Ruthenium and Iridium in Octahedral Sites of Spinel Co3O4 Nanoflowers for Enhanced PEM Water Electrolysis”为题，发表于《Small》。李秀婷研究员为共同通讯作者，课题组博士后Fekadu Tsegaye Dajan为第一作者，深圳大学高等研究院为共同完成单位。
在酸性质子交换膜水电解（PEMWE）中，探索高活性且耐用的析氧反应（OER）电催化剂仍是一项重大挑战。在此，本工作设计了一种低贵金属负载量（钌2.7 wt%和铱 0.25 wt%）的钌铱共掺杂尖晶石钴氧化物（RuIr-Co₃O₄）纳米花电催化剂用于酸性水电解。其在酸性水电解中表现出色，仅需220 mV的过电位即可驱动10 mA cm⁻²的电流密度，并且在600小时的运行中保持了较强的稳定性。当将其集成到质子交换膜水电解槽中时，只需1.67 V的电池电压即可达到500 mA cm⁻²的电流密度。研究发现，Ru和Ir均可替代Co₃O₄中的Cooct位点，从而强化Co-O键并提高电催化剂的活性。密度泛函理论（DFT）计算表明，Ir-O-Co双活性金属位点处于最佳位置，有利于氧自由基的直接耦合。RuIr-Co₃O₄催化剂上的酸性析氧反应（OER）过程遵循OPM机制。本工作通过双金属原子掺杂调控电子结构，为质子交换膜水电解应用中低成本高效催化剂的开发带来了重要启示。
该研究得到了国家自然科学基金等的支持。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202509147
图1. RuIr-Co₃O₄催化剂的合成及结构表征。a) 合成示意图。b) RuIr-Co₃O₄、Ru-Co₃O₄、Ir-Co₃O₄和Co₃O₄的XRD衍射图谱。c) RuIr-Co₃O₄的SEM图。d) RuIr-Co₃O₄的HRTEM图，插图是相应的SAED图。e) RuIr-Co₃O₄的EDS图。
