该研究报道了利用锰（Mn）与铱的独特相互作用，开发出了高度稳定且原子分散的六价铱催化剂，实现了低铱负载催化剂在PEM（质子交换膜）电解水制氢中的应用。论文通讯作者是李爱龙，Ryuhei Nakamura◁•○；第一作者是李爱龙，孔爽。

　　图2○◁◆■★◇：（A）膜电极的横截面SEM图像△☆▲。（B~E）图A中黄色方框区域的放大SEM图（B）及使用能量色散X射线光谱法（EDX）元素映射测得的Ti（C）、Mn（D）和Ir（E）的空间分布••□。（F）含0▼▲△◇.08 mg Ir/cm2的IrⅥ-ado催化剂的活性。（G）含0=◁★…-•.08 mg Ir/cm2的IrⅥ-ado催化剂的耐久性试验结果◁○○△★▪。电解在80℃☆=■◇、1.8 A/cm2的恒定电流条件下进行。

　　质子交换膜（PEM）水电解技术能够与波动的可再生能源直接耦合进行制氢，不仅可以确保电网安全▪▷，还可以实现可再生资源的再分配▷◇▼☆★=，是实现碳中和的重要技术基础。然而▪◆，由于PEM水电解的酸性环境◆=，该技术目前严重依赖酸性条件下稳定的贵金属铱作为阳极催化剂。然而◇□，铱是地球上最稀缺的资源之一pg电子官方网址，年产量仅6-8吨=▷◇▷△▽，其稀缺性给PEM水电解制氢技术的规模化带来了严峻挑战。

　　包括将电沉积法制备的MnO2/PTL电极浸入95℃的K2IrCl6前驱体溶液中的Ir吸附过程和随后在450℃煅烧的热处理过程。图1：（A）IrⅥ-ado催化剂的合成过程，表明Ir的氧化数增加。由于L3吸收端向高能量方向移动，（B）Ir L3吸收端的X射线吸收光谱随时间变化图pg电子官方网址。（C）Ir L3吸收端的径向结构函数随时间的变化图-◇◁◆▷。

　　图3：IrⅥ-ado催化剂与文献报道的Ir催化剂的比较。罗马数字（Ⅰ至Ⅳ）对应IrⅥ-ado催化剂的活性和稳定性数据。

　　李爱龙、孔爽和Ryuhei Nakamura研究团队发现并利用锰（Mn）与铱（Ir）之间的特殊亲和作用，研发出了一种高度稳定且原子分散的六价铱催化剂（IrVI-ado）。在维持高活性和高稳定性的前提下，该催化剂将铱的载量降低到0.1 mg/cm2以下，相比当前PEM水电解的铱载量（2-4 mg/cm2）减少了95%以上。与目前使用的价态为4+的铱催化剂相比▪▽，该新型催化剂具有更高的价态（6+）▪…，并且以原子级分散于-MnO2表面pg电子官方网址。这种6+高价态提高了铱的本征活性和稳定性●☆…，而原子级分散实现了接近100%的铱元素利用率pg电子官方网址◁•★▪◆◇。该团队对Ir催化剂的合成、结构特征和PEM水电解性能进行了全面解析，明确了Mn和Ir的相互作用，并验证了0.1 mg/cm2以下载量的铱在PEM电解装置中的优越性能。