水电解和燃料电池的电压反转会在氢电极上产生很大的正电位，导致严重的系统性能衰减，而将可逆式多功能电催化剂应用于氢电极是一种实用的解决方案。Ir对析氢反应（HER）和氢氧化反应（HOR）表现出良好的催化活性，但在电位>0.8 V/RHE时，其会不可逆地转化为非晶态IrO_x，非晶态IrO_x具有良好的析氧反应（OER）催化性能，但对HER和HOR催化性能较差。

近日，为了保持Ir的电化学可逆性，韩国科学技术研究院（KIST）Hyung-Suk Oh，德国柏林工业大学Peter Strasser报道了引入了一种晶态Ir基合金催化剂。用过渡金属合金化Ir是提高OER、HER和HOR动力学的一种有效方法。基于此，研究人员合成了碳负载的具有高结晶度的IrNi合金纳米颗粒（IrNi/C-HT）和低结晶度的IrNi合金纳米颗粒（IrNi/C-LT），这两种纳米颗粒都表现出优异的OER/HER/HOR催化活性。

文章要点

1）研究人员采用一种改进的浸渍法制备了碳负载IrNi纳米颗粒（IrNi/C），该方法可在目标热处理温度下立即转变为还原性气体条件，以控制颗粒结晶度，同时保持较小的颗粒尺寸。以碳为模型载体，将经400 ℃和1000 ℃处理的IrNi/C材料分别表示为IrNi/C-LT和IrNi/C-HT。

2）原位/Operando X射线吸收近边结构（XANES）和深度分辨XPS结果显示，在OER测试后，IrNi/C-LT的HER和HOR性能急剧下降，这是由于不可逆的非晶态IrNiO_x面的转变所致。然而，由于IrNi/C-HT在OER条件下产生了非常薄的IrNiO_x层，并且在HER条件下该IrNiO_x层可逆地转化为金属表面，从而表现出很高的HER性能。

3）研究人员利用电化学流动池耦合电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）研究了IrNi/C-HT中可逆IrNiO_x层的形成机理。此外，还将将所制备的催化剂应用于燃料有限的PEM燃料电池的和水电解的反向电压中，以验证其在实际环境中的可行性。

参考文献

Lee, W.H., Ko, YJ., Kim, J.H. et al. High crystallinity design of Ir-based catalysts drives catalytic reversibility for water electrolysis and fuel cells. Nat Commun 12, 4271 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-24578-8

https://doi.org/10.1038/s41467-021-24578-8