这篇文档属于类型b（综述类论文），以下为针对中文读者的学术报告：
作者及机构
本文由Huimin Wang（巴黎精英理工学院/上海交通大学）、Xinyi Li、Guozhu Zhang（华东理工大学）、Zihan Gu、Hao Chen、Guanghua Wei、Shuiyun Shen、Junliang Zhang（上海交通大学燃料电池研究所）等合作完成，发表于《Small》期刊2025年第21卷。
主题与背景
论文题为《Recent Progress in Balancing the Activity, Durability, and Low Ir Content for Ir-Based Oxygen Evolution Reaction Electrocatalysts in Acidic Media》，聚焦质子交换膜（PEM）电解水制氢技术中阳极析氧反应（OER）催化剂的核心挑战：如何在酸性介质中平衡铱（Ir）基催化剂的活性、耐久性与低铱含量。背景包括：
1. 需求驱动：化石能源危机与环境污染亟需发展绿氢技术，PEM电解水因其快速响应、高质子传导率等优势成为主流，但OER的高过电位和酸性环境对催化剂设计提出严苛要求。
2. 关键矛盾：Ir基材料虽在酸性OER中兼具活性与稳定性，但铱的地壳丰度极低（0.001 ppm）且价格高昂（2024年171.4美元/克），规模化应用需降低铱负载量。
主要观点与论据
1. Ir基催化剂的OER机理争议与进展
- 吸附质演化机制（AEM, Adsorbate Evolution Mechanism）：传统路径涉及*OH、*O、*OOH等中间体的四电子转移，但受限于*OH与*OOH的标度关系（ΔG*OOH = ΔG*OH + 3.2 ± 0.2 eV），理论过电位下限为0.37 V，无法解释部分低过电位催化剂（如非晶IrOx）的性能。
- 晶格氧参与机制（LOM, Lattice Oxygen Mechanism）：晶格氧直接参与OER，突破AEM的过电位限制。例如，Ir掺杂MnO₂通过局部触发LOM实现42倍质量活性提升（对比商用IrO₂）且结构稳定（>650 h）。
- 新机制探索：如氧化物路径机制（OPM）通过O*自由基耦合避免晶格氧流失；耦合析氧机制（COM）结合光激发优化电子转移路径。
2. 降低铱含量的策略
- 形貌优化：
- 1D纳米管（如多孔Ir纳米管过电位245 mV@10 mA/cm²）、2D超薄纳米片（Ir-NS比IrO₂低78 mV）、3D超结构（Ir纳米片组装体塔菲尔斜率40.8 mV/dec）通过增大比表面积暴露活性位点。
- 非晶IrOx纳米纤维与纳米颗粒复合降低80%铱负载（Hegge et al.）。
- 异质原子掺杂：
- 过渡金属（如Ru、Ti）：单原子Ru掺杂H₃.₈Ir₁₋ₓRuₓO₄通过电子转移与氧空位协同提升活性（Tang et al.）。
- 高熵合金（HEA）：如IrRuCrFeCoNiOx核壳结构抑制Ir迁移，PEMWE稳定运行500 h@1 A/cm²（Hu et al.）。
- 载体引入：
- 金属氧化物：TiO₂空心球负载非晶IrOx增强质量传递；Sb掺杂SnO₂（ATO）电荷库稳定Ir(III)（Lee et al.）。
- 硼/磷化物：IrFe/N-CBP氮掺杂碳载体提升分散性（Jiang et al.）。
3. Ir溶解行为与稳定性提升
- 溶解途径：酸性条件下Ir(III)/Ir(IV)氧化为可溶性物种，高电位下Ir(V)-Ir(VI)路径加剧腐蚀。稳定性指标S-number（产氧分子数与溶解Ir原子比）揭示酸环境加速降解（Koneppel et al.）。
- 抑制策略：
- 合金化：IrW合金中W增强Ir 5d-O 2p杂化（Guo et al.）。
- 表面修饰：原子层沉积TiOₓ保护层形成Ir-O-Ir抗酸网络（Krivina et al.）。
科学价值与应用意义
1. 理论层面：系统梳理OER机理争议，提出LOM与AEM协同优化的设计原则，为理性催化剂开发提供框架。
2. 技术层面：汇总低铱催化剂的最新合成策略（如高熵合金、单原子掺杂），推动PEM电解槽成本下降。例如，Ir-MnO₂催化剂仅需0.1 mg/cm²铱负载即可达到商用性能（Zhang et al.）。
3. 产业影响：若实现GW级PEM电解槽，铱用量可从500 kg（传统催化剂）大幅降低，节省超亿美元成本。
亮点总结
- 多机制解析：首次对比AEM、LOM、OPM等机理的适用场景与局限性。
- 跨尺度设计：从原子级电子结构调控（如d带中心）到宏观形貌工程（如3D超结构）全面覆盖。
- 产业化导向：强调载体选择（如TaB₂导电硼化物）与规模化制备方法（如电纺丝）的可行性。
该综述为酸性OER催化剂研究提供了从基础到应用的完整视角，尤其对解决铱资源瓶颈具有战略指导意义。