质子交换膜电解水（PEMWE）已成为最具发展潜力的绿氢制取技术之一，尤其是所具有的高度灵活性及优异的功率调节功能，非常契合风、光等可再生能源发电的波动性特点。催化剂是PEMWE的关键材料，不仅决定着电解水制氢过程的能耗、制氢速率，也是成本的主要来源之一。目前商用PEMWE依赖于高载量的贵金属铱（Ir）和铂（Pt）基催化材料，应用成本高，处于商业化初期。尤其是膜电极阳极侧的析氧反应是水裂解过程的瓶颈反应，依赖于氧化铱催化剂，铱资源极其匮乏、价格昂贵，是PEMWE大规模商业化的关键制约因素。

针对PEMWE电解水技术对低成本析氧催化剂的需求，实验室邹晓新教授、陈辉副教授团队发展了从高铱催化剂到低铱负载型催化剂、合金型催化剂全品类催化剂阵列；各类催化剂产品结晶度好、尺寸均匀、一致性好。近期，课题组发展了混合熔盐辅助方法，开发了多孔氧化铱催化剂（孔隙率高达74%）。依据该催化剂的PEMWE在0.56 mg/cm2膜电极低铱载量下，性能达到1.9 V@2.7 A/cm2@80oC（领先于美国能源部公布的2023年技术指标），稳定性超过2000小时。目前，已实现该款催化剂的100克级批量化一致性制备，并在合肥动量守恒绿色能源有限公司进行产业化推广。相关研究成果发表在CCS Chemistry杂志（CCS Chemistry2024, DOI: 10.31635/ccschem.024.202303586）。

为了进一步降低铱载量，课题组通过载体和负载技术结合创新，获得了多种高活性、高稳定性的负载型低铱催化剂，同时具备了酸稳定性、高电导性、大比表面积等特点（如IrO2@TaOx@TaB）。该复合催化剂具有双界面结构特点：IrO2/TaOx界面电子相互作用可增强催化活性；致密TaOx层可以抑制TaB进一步氧化，并稳定IrO2催化层，从而提高结构稳定性。依据新型催化剂制备的PEM膜电极，Ir载量降至0.26 mg/cm2，相比于传统膜电极的Ir载量降低了80%；同时膜电极呈现了优异的催化性能，PEMWE性能达到1.9 V@3.0 A/cm2@80oC (领先于美国能源部公布的2025年技术指标)。相关研究成果发表在Advanced Materials杂志（Advanced Materials2024, 2407717）。

IrO2@TaOx@TaB负载型氧化铱催化剂用于质子交换膜电解槽阳极催化层的示意图。