纳米尺度工程在提升电催化剂活性与稳定性方面起着关键作用，特别是在聚合物电解质膜水电解（PEMWE）中。该技术可实现高效氢气生产，但阳极析氧反应（OER）仍面临反应缓慢与缺乏稳定催化剂的双重挑战。尽管氧化钌等材料活性较高，但晶态金红石相IrO2在酸性条件下表现出更优的稳定性。然而，传统高温合成虽然能增强晶相比例，却导致颗粒增大、比表面积下降，显著削弱催化性能。为兼顾活性与稳定性，研究者尝试了如包覆、核壳、负载等策略，但常因结构不稳定而限制长期使用。 最近，慕尼黑工大,亥姆霍兹可再生能源研究所 王惠泽&Marc Ledendecker 团队 在Angewante Chemie 上在线发表了题为“Laser-Induced Nanoscale Engineering of Iridium-Based Nanoparticles for High-Performance Oxygen Evolution” 的研究。该研究开发出一种创新的“激光诱导纳米炉技术”，首次在常温条件下实现了超小结晶金红石相氧化铱纳米颗粒的固态合成，该方法利用二氧化硅基质构建纳米级反应腔，通过激光局域加热触发固态反应，避免了传统高温处理所导致的颗粒团聚与比表面积降低问题。所合成的约2纳米晶态氧化铱颗粒展现出优异的质量活性和远超商业材料的稳定性，在酸性析氧反应（OER）中达到了RuO2基催化剂的活性水平。 本研究提出一种激光诱导的固态合成方法, 通过不同激光波长控制加热路径，同时利用二氧化硅包覆的铱前驱体构建纳米反应室，激光局部加热驱动材料在常温下形成高度结晶且粒径可控的Ir和IrO₂纳米颗粒。通过调节激光波长、功率与扫描速度，实现对晶粒大小与氧化态的精准调控，并借助原位质谱监测反应机理。最终，成功制备出约1 nm的金属Ir和2 nm的金红石型IrO2。
图1：基于激光诱导纳米反应器的创新合成策略示意图 图 2：超小晶态 Ir 与 IrO2纳米颗粒的结构表征 图 3：激光合成的 Ir 与 IrO2 催化剂的析氧反应（OER）性能 图 4：CFC-ICP-MS 溶解测试评估激光合成 Ir 和 IrO2催化剂的稳定性 研究人员系统评估了激光合成的 Lis-Ir 和 Lis-IrO2 的酸性析氧反应（OER）性能及稳定性。Lis-IrO2 显示出极高的质量活性（350 ± 15 A gIr-1 at 1.53 V_RHE），显著优于所有商业和文献报道的晶态 IrO2催化剂，且超过高温合成的小尺寸IrO₂材料和晶态RuO2 进一步通过在线流通电池-ICP-MS 实时监测催化剂溶解行为，发现 Lis-IrO2 的溶解度远低于商业 RuO2和其他 IrO2材料，并具有最高的稳定性指标，在保持高活性的同时展现出优异的耐久性。 因此，激光诱导纳米炉”技术兼具能效高、结构可控和性能优异等优势，为开发低成本、耐腐蚀、高效的酸性 OER 催化剂提供了新思路，并具备广泛拓展至多金属及其氧化物电催化材料的潜力。 论文信息 Laser-Induced Nanoscale Engineering of Iridium-Based Nanoparticles for High-Performance Oxygen Evolution Huize Wang, Philipp Pfeifer, Wenwei Lai, Andreas Göpfert, Sumin Lim, Wei Zhao, A. Lucía Morales, Mattis Goßler, Marko Malinovic, Pallabi Bhuyan, Walter A. Parada, Pavlo Nikolaienko, Karl J. J. Mayrhofer, Guilherme V. Fortunato, Andreas Hutzler, Marc Ledendecker Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202508589
