应用于光解水的高效稳定纳米氧化铱催化剂

Iridium oxide is the best stable oxygen evolution catalyst, which plays key role in water splitting. It is semi-empirically known that the blue color of iriduim oxide nanoparticles indicates high catalytic activities but its mechanism is unknown. To achieve novel highly active iridium oxide nanoparticles, both computational study and electrochemcial investigation are proposed to explore the origin and structure-activity relationship of blue color for iridium oxide nanoparticles. The novel highly active and stable iridium oxides will be developed to fabricate iridium oxidie electrode and be used to modify other photoelectrode for high efficiency water splitting.

氧化铱作为最高催化活性的稳定型产氧催化剂对于提高光催化反应中光催化氧化半反应有重要作用。但是由于氧化铱纳米颗粒的特征蓝色和高效产氧催化活性间的构效关系尚不清晰，当前的活性氧化铱纳米颗粒的合成方法面临产率低和重复性差的困扰。针对这个问题，申请人计划通过量子化学计算以及电化学催化活性测试的相互结合来探究氧化铱纳米颗粒蓝色的起源以及该特征蓝色和产氧催化活性的关系。在获得清楚的机理基础上，我们将进一步有针对性的设计高产率和高重复性的合成方法来制备高活性和高稳定性的纳米氧化铱颗粒，利用这些氧化铱纳米颗粒制备稳定高效的氧化铱纳米电极。在此基础上，申请人计划使用这些高活性氧化铱纳米颗粒来有效修饰光电极，提高光解水反应中产氧半反应的效率，最终实现更高效率的光解水反应。

本项目针对具有最高催化活性的稳定产氧催化剂：氧化铱(IrO2)的合成性质以及应用中的几个关键问题展开了研究。这几个关键问题的研究包括（1）通过研究氧化铱(IrO2)合成过程中的反应途径，解决了当前的活性氧化铱纳米颗粒的合成方法面临产率低和重复性差的问题。（2））通过实验和量子化学计算相互结合来探究氧化铱纳米颗粒合成中产生的重要副产物的组分并发现了这种副产物中的Ir存在3价和4价的共生情况。探究了上述清楚的基础机理基础上，我们将高产率和高重复性的合成方法来制备高活性和高稳定性的纳米氧化铱颗粒并结合纳米技术成功治得了稳定高效的氧化铱纳米DSA电极,以及将氧化铱用于光电化学电池。