氢能是消纳风光等间歇可再生能源的关键载体，质子交换膜（PEM）电解水凭借高电流密度、高纯产氢、响应迅速等优势，是规模化绿氢制备核心技术。酸性工况下，二氧化铱（IrO₂）是唯一稳定的商用析氧催化剂，但铱储量稀缺、成本高昂，且纯IrO2催化活性偏低、长期运行易衰减，极大限制PEM电解槽商业化落地。

  针对现有氧化铱基催化剂的行业瓶颈，我院江瑞斌教授课题组提出间隙碳掺杂改性策略，制备了新型C_in−IrO₂酸性析氧催化剂。间隙碳与铱直接形成C-Ir共价键，对Ir电子结构的调控效果远优于替位金属掺杂的间接作用调控效果。C-Ir键的形成诱导Ir的d带中心下移、O的p带中心上移，缩小了Ir 5d与O 2p能带中心的间距，增强了Ir-O键的共价性，从而大幅提升了Cin-IrO2在酸性OER过程中的结构稳定性。同时，Ir d带中心的下移优化了OER各步反应中间产物的形成自由能，有效降低了速率控制步骤的反应能垒。另外，C_in-IrO₂促使中间体OOH发生表面内夺氢反应（ISPTM）生成OO，进一步提升了OER活性。电化学测试证实C_in-IrO₂在10 mA cm^-2下过电位仅227 mV，并且可稳定运行2000 h。基于C_in−IrO₂的PEM电解槽，在铱载量为0.4 mg_Ir cm^-2下，获得1和3 A cm^-2电流密度的槽压仅为1.51和1.96 V，并且可以在1 A cm^-2下运行300 h。该研究表明通过间隙掺杂可有效调控Ir与O的电子结构，为设计高活性和稳定性的铱基OER催化剂提供了全新的设计思路与策略。相关研究成果发表在国际著名学术期刊《Angewandte Chemie International Edition》上。

  该工作得到国家自然科学基金、陕西省三秦学者创新团队、河南省纳米复合材料与应用重点实验室开放基金等项目的支持。我院硕士研究生康江昊为本文第一作者，通讯作者为我院江瑞斌教授以及复旦大学微电子学院杨迎国研究员。

 （原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.4793272）

撰稿：康江昊 江瑞斌  审核：刘治科