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收稿日期：2025-03-25基金项目：国家自然科学基金（21703228，22275047）；中央高效基本科研业务费（JZ2022HGPA0308）；安徽省留学归国人员创新创业支持计划（2022LCX033）作者简介：张傲立（2001-），男，硕士研究生，研究方向：电催化析氧反应，2022170625@mail.hfut.edu.cn；通讯联系人：郑亚荣（1990-），男，博士，研究员，研究方向：低维纳米材料和能源转换，yrzh@hfut.edu.cn。空心铌纳米球负载铱催化剂的制备及其酸性析氧反应性能研究张傲立，刘 航，孙贤迪，陈思宇，郑亚荣（合肥工业大学 化学与化工学院，安徽 合肥230009）摘要：以非晶氧化铌纳米球为基底，通过简单的溶剂热法合成多孔复合铱铌催化剂。实验结果表明：此空心纳米球在酸性电催化析氧反应中，在低铱负载量下表现出较为优异的催化活性，其催化活性远高于商业氧化铱并具备良好的催化稳定性；经过12小时的恒电压测试，电流密度几乎没有衰减，为质子交换膜电解池阳极材料的发展提供了一种新的方法。关键词：低铱催化剂；多孔纳米球；酸性析氧反应；催化活性doi：10.3969/j.issn.1008-553X.2026.01.011中图分类号：TQ116 文献标识码：A 文章编号：1008-553X（2026）01-0052-05安 徽 化 工ANHUI CHEMICAL INDUSTRYVol.52，No.1Feb.2026第 52 卷，第 1 期2026 年 2 月对化石燃料的过度依赖不可避免地加剧了能源耗竭、气候恶化和环境污染的严重性。氢能（H 2 ）由于其高能量密度和零碳排放，被认为是未来一个很有前景的替代能源载体 [1-3] 。近年来，随着全球对低碳、绿色能源的迫切需求，电解水制氢技术得到了迅速发展，并正逐步向大规模工业应用迈进。在质子交换膜水电解（PEMWE）系统中，催化剂起着至关重要的作用，尤其是在阳极氧析出反应（OER）过程中 [4-8] 。由于OER涉及多电子、多质子转移，其反应动力学较为缓慢，加之反应环境为强酸性和高电位条件，对催化剂的活性、稳定性和耐腐蚀性都提出了极高要求 [9] 。目前，铱基（Ir）和钌基（Ru）催化剂因其在酸性介质中表现出优异的催化性能和长时间耐用性而深受行业喜爱 [10-13] 。Ru基材料虽然具有较高的OER活性，但由于在高电位下容易形成可溶的RuO 4 ，在高电流密度下耐久性较差。因此目前常用的PEMWE的阳极催化剂仍为Ir基催化剂，但其资源稀缺、成本高昂，如何降低Ir载量是酸性OER面临的重大挑战 [14-16] 。为了提高催化剂的效率，降低贵金属的用量，科研人员开发了多种策略：如纳米结构设计，通过分层结构、界面工程和金属掺杂等，增加催化剂的比表面积，暴露更多的活性位点，可以减少贵金属用量同时保持高活性 [2， 17-23] ；通过调控催化剂的组成（如掺杂其他元素）、结构（如纳米颗粒、纳米片、纳米孔结构）以及形貌，最大化贵金属的利用率 [24-26] ；高稳定性金属氧化物（如SnO 2 、TiO 2 、Nb 2 O 5 、HfO 2 等）作为载体，可提高催化剂的分散性和耐久性，使活性金属纳米粒子的均匀分散性得以增强，大幅减少了聚集和溶解的发生在催化过程中表现出更优异的稳定性 [27-29] 。引入载体材料可以有效提高催化剂在腐蚀性介质中的分散性和稳定性，但常用的碳支撑材料作为阳极材料的基底时极不稳定，尤其是在 PEMWE 中 [30] 。因此，具有强耐腐蚀性的替代材料NbO x 纳米球，因其高比表面积、优异的导电性和化学稳定性被认为是优秀的载体材料，在制备OER催化剂方面很有前途 [3， 31] 。基于此，本研究使用简单的溶剂热法在自制的SiO 2 上制备NbO x 纳米球，刻蚀内部的SiO 2 后负载Ir纳米颗粒，不仅在酸性条件下具备良好的 OER催化活性，还可以在电催化过程中长时间工作运行。1 实验部分1.1 试剂氯化铌（NbCl 3 ）、硅酸四乙酯（TEOS）、氨水（NH 3 .H 2 O）、氯化铵（NH 4 Cl）、水合氯化铱（IrCl 3 .3H 2 O）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、异丙醇（C 3 H 8 O）、Nafion（质量分数为5%）、硫酸（H 2 SO 4 ）、甲酰胺（CH 3 NO）、去离子水、无水乙醇。1.2 仪器扫描电子显微镜（Zeiss Meilin Compact，5 kV）、透射电子显微镜（Hitachi H7700型，100 kV）、X射线衍射 仪（X-PertPRO MPD）、X 射 线 能 谱 仪（ESCALab 250Xi）、高速离心机（HERMLEZ 236 型）、AUTOLAB电化学工作站（PGSTAT302N型）、数控超声波清洗器52