这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究的科学论文。以下是针对该研究的学术报告：

一、作者及研究机构
本研究由来自希腊亚里士多德塞萨洛尼基大学（Aristotle University of Thessaloniki）化学系和物理系的团队完成，主要作者包括Aikaterini Touni（通讯作者）、Orestis-Anastasios Grammenos、Angeliki Banti等，合作者来自同一大学的物理系。研究成果发表于《Electrochimica Acta》期刊，2021年第390卷，文章编号138866。

二、学术背景
研究领域为电催化材料，聚焦于酸性条件下氧析出反应（Oxygen Evolution Reaction, OER）的阳极材料开发。背景知识显示：
1. IrO₂是目前酸性环境下OER的基准电催化剂，因其低过电位、高耐腐蚀性和选择性而优于其他贵金属（如RuO₂）。但铱的高成本和低丰度限制了其工业应用。
2. 镍（Ni）的掺杂可显著提升IrO₂的OER活性，原因可能是Ni改变了Ir-O键的电子结构，生成更多活性位点。
3. 工业应用中，OER阳极需负载于钛（Ti）基底上以形成尺寸稳定阳极（DSA, Dimensionally Stable Anodes），但传统热分解法制备的IrO₂/Ti电极存在Ir负载量高、制备能耗大等问题。

研究目标是通过电化学置换法（Galvanic Replacement）在Ti基底上构建Ir-Ni复合涂层，再经阳极氧化形成多孔IrO₂，最终获得高性能、低Ir负载的OER阳极。

三、研究流程
研究分为三步，每步包含详细实验与表征：

1. Ni电沉积于Ti基底

   • 方法：采用Watts镀液（含NiSO₄·6H₂O、NiCl₂·6H₂O、H₃BO₃），在44°C下恒电流电沉积（-5 mA/cm²，212秒）。
     
   • 预处理：Ti箔经机械打磨（80/100目砂纸）以去除原生氧化物并增加粗糙度。
     
   • 质量控制：通过循环伏安法（CV）确认Ni沉积的电位窗口，避免枝晶生长。
     

2. Ni表面电化学置换为Ir

   • 方法：将Ni/Ti电极浸入含K₂IrCl₆的脱氧溶液（65°C，15分钟），发生置换反应（Ni + IrCl₆²⁻ → Ir + Ni²⁺ + Cl⁻）。
     
   • 表征：SEM显示置换后形成连续Ir膜（EDS测Ir/Ni原子比18.45%/81.55%），XPS证实表面富Ir（66.3% Ir，33.7% Ni）。
     

3. 电化学阳极氧化形成IrO₂

   • 方法：在0.1 M HClO₄中循环伏安扫描（-0.3 V至+1.2 V vs SCE，50圈），将金属Ir转化为多孔IrO₂。
     
   • 机理：不可逆氧化物（IrOₓ）形成内层，可逆氢氧化物（IrOₓ(OH)ᵧ）覆盖表层，后者参与OER（反应式：IrOₓ(OH)ᵧ + δH⁺ + δe⁻ ⇌ IrOₓ-δ(OH)ᵧ+δ）。
     

四、主要结果
1. 形貌与组成
- SEM/AFM显示涂层呈结节状连续薄膜（图1-2），XPS证实Ni均匀分布于Ir层深处（表1）。
- ICP-MS测得Ir负载量为19.4 μg/cm²，显著低于传统热分解法。

1. OER性能

   • 质量活性：在过电位η=300 mV时达2.02 A/mg Ir，优于文献报道的Ir-Ni基催化剂（如Reier等人报道的0.37 A/mg Ir）。
     
   • Tafel斜率：41 mV/dec（图7），表明OER速率受第二步电子转移（RDS）控制。
     
   • 稳定性：循环伏安显示OER后IrOₓ峰未衰减（图9），证实Ti基底和Ir涂层的化学稳定性。
     

2. 阻抗分析

   • EIS拟合等效电路（图10）显示电荷转移电阻（Rₑₜ）随电位升高而降低，双电层电容（Cₕₗ）达29.3 mF/cm²，表明高电化学活性面积。
     

五、结论与价值
1. 科学意义
- 提出了一种低温、低能耗的IrO₂/Ti阳极制备方法，结合了Ni的活性增强效应与Ti的工业适用性。
- 揭示了Ni掺杂通过电子结构调控提升IrO₂本征活性的机制。

1. 应用价值
   
   • 该电极在质子交换膜电解槽（PEMWE）、电镀废水处理等领域具有潜力，可降低贵金属用量与生产成本。
     

六、研究亮点
1. 方法创新：首次将电化学置换法用于Ir-Ni/Ti电极制备，避免了高温热分解。
2. 性能突破：质量活性达2 A/mg Ir，为同类文献最高值之一（表2对比）。
3. 多尺度表征：结合SEM、XPS、AFM、ICP-MS等多技术验证材料结构与性能。

七、其他发现
- 基底效应：对比Ir-Ni/GC（玻碳）电极，Ti基底的粗糙度提升了整体活性，但本征活性（单位IrOₓ电荷的电流）与基底无关（图8），说明催化性能由Ir-Ni组成主导。

该研究为设计高效、低成本的OER阳极提供了新思路，兼具学术创新性与工业应用前景。