类型a：

铱-钴磷酸盐杂化材料作为中性溶液中高效析氧反应电催化剂的研究报告

作者及机构
本研究由北京航空航天大学材料科学与工程学院的Zhaoying Wang、Zheng Lin和Peng Diao*（通讯作者）团队完成，研究成果发表于*Chemical Communications*（*Chem. Commun.*）2019年第55卷，页码3000–3003。

学术背景
电催化水分解（electrocatalytic water splitting）是一种绿色可持续的高纯度氢气制备方法，但其阳极析氧反应（oxygen evolution reaction, OER）因涉及四电子转移过程（four-electron transfer process）而动力学缓慢，成为制约整体效率的关键步骤。中性介质（neutral media）对电化学设备的腐蚀性较低，因此开发中性条件下高效OER催化剂具有重要应用价值。2008年，Nocera团队首次报道了钴磷酸盐（Co-Pi）在中性溶液中的高效OER催化性能，此后过渡金属磷酸盐（transition metal phosphate, TM-Pi）家族成为研究热点。其中，铱磷酸盐（Ir-Pi）表现出最高的本征活性（intrinsic activity），但其高昂成本限制了工业应用。因此，本研究旨在通过钴掺杂（Co doping）提升Ir-Pi的活性并降低铱用量。

研究流程
1. 材料制备
- 方法：采用循环伏安法（cyclic voltammetry, CV）共电沉积（co-electrodeposition）制备Ir-Co-Pi杂化材料。通过调节前驱体溶液中铱与钴的摩尔比（( R_{Ir-to-Co} )），得到不同组成的IrCo(x:y)-Pi材料。
- 表征：通过X射线衍射（XRD）确认材料为非晶态（amorphous）；扫描电子显微镜（SEM）显示材料由纳米颗粒组成，Ir-Co-Pi薄膜中铱与钴均匀分布（EDS元素映射证实）。X射线光电子能谱（XPS）分析表明，Ir-Co-Pi中存在“Ir-O-Co”部分电子转移（partial electron transfer），导致Ir周围正电荷密度增加，Co周围电子密度升高。

1. 电化学性能测试

   • 线性扫描伏安法（LSV）：在0.1 M磷酸盐缓冲溶液（PBS, pH 7）中测试OER活性。结果表明，Ir-Co-Pi的活性显著优于纯Ir-Pi和Co-Pi，其中IrCo(5:1)-Pi在过电位（overpotential）300 mV时电流密度达2.37 mA/cm²，起始过电位（onset overpotential）仅208 mV。
     
   • 塔菲尔斜率（Tafel slope）：Ir-Co-Pi的斜率（60–120 mV/dec）表明其OER速率决定步骤（rate-determining step）因组成不同而异。Ir含量高的样品（如IrCo(5:1)-Pi）表现为化学吸附OH*重排步骤主导（60 mV/dec），而Co含量高的样品受OH⁻吸附步骤控制（120 mV/dec）。
     
   • 电化学阻抗谱（EIS）：IrCo(5:1)-Pi的电荷转移电阻（charge transfer resistance, ( R_{ct} )）最低，证实其电子传输动力学最优。
     

2. 本征活性与机理研究

   • 电化学活性面积（ECSA）归一化：通过CV测试计算真实表面积，发现IrCo(5:1)-Pi的本征活性（( j_{ECSA} )）最高，证实其高活性源于电子结构调控而非表面积增大。
     
   • 稳定性测试：经过2000次循环伏安扫描后，IrCo(5:1)-Pi的LSV曲线几乎无变化，SEM和XPS显示材料结构稳定。
     

主要结果与逻辑关联
- 电子结构调控：XPS证实“Ir-O-Co”电子转移增强了Ir中心的局部正电荷密度，稳定了中间体Ir-OH*，加速了速率决定步骤（Scheme 1）。
- 活性与成本平衡：IrCo(5:1)-Pi的实际Ir:Co摩尔比为1:1，铱用量减少50%，同时活性显著提升。

结论与价值
1. 科学价值：首次通过共掺杂策略揭示了“Ir-O-Co”电子转移对TM-Pi本征活性的调控机制，为设计高效OER催化剂提供了新思路。
2. 应用价值：IrCo(5:1)-Pi兼具高活性和低成本优势，适用于中性介质下的工业化水分解系统。

研究亮点
- 方法创新：CV共电沉积法实现了Ir与Co的均匀掺杂，克服了传统电位静态沉积的局限性。
- 机理突破：明确了掺杂对电子结构的调控作用，而非仅依赖表面积增大。
- 性能优化：IrCo(5:1)-Pi的OER活性超过已知TM-Pi催化剂（如Ir-Pi、Co-Pi等）。

其他价值
本研究通过厚度优化（150次CV沉积循环）平衡了活性体积与电阻，为薄膜催化剂设计提供了参考。此外，作者指出通过构建微纳结构可进一步提升IrCo-Pi的性能，为后续研究指明方向。

（注：全文未翻译的术语首次出现时均标注英文原文，如“析氧反应（OER）”“本征活性（intrinsic activity）”等。）