质子交换膜电解水制氢（PEMWE）具有能耗低、效率高、氢气品质好等优点，尤其是对宽波动的快速响应，可自洽于可再生能源波动性，是绿色氢能发展的重要方向。但是PEM制氢，尤其是阳极目前严重依赖贵金属Ir作为催化剂，用量较大，成为制约该技术规模应用的关键“卡点”之一。盲目降低贵金属载量易造成活性位点数量骤减、薄催化层结构坍塌以及电子传导路径断裂，因此如何大幅降低Ir基催化剂用量（≤ 0.5 mgIr cm-2）是PEM制氢走向规模应用的主要挑战。
中科院上海高等研究院杨辉研究员团队与宁波中科科创研发团队通过在Nb2O5载体材料均匀引入微量Ce原子，并表面负载超小IrOx颗粒 (＜2 nm)，构建一种具备强“金属氧化物-载体”相互作用的负载型Ir基催化剂(IrOx@Ir/Ce-Nb2O5)。于载体材料中进行Ce原子掺杂，既提升载体与活性中心间的电子转移能力，同时保证Ir/IrOx活性材料的晶格完整性，避免催化活性快速衰减。该催化剂酸性析氧反应过电位仅275 mV@10 mA cm-2，并在膜电极实际工况下表现出良好的活性与稳定性，正持续检测低载量下的长周期寿命（0.3 mgIr cm-2）。
图1 IrOx@Ir/Ce-Nb2O5催化剂相关结构与电化学表征
图2 IrOx@Ir/Ce-Nb2O5催化剂反应机理分析
