二氧化铱：兼具高稳定性与催化活性的稀有金属氧化物
2025-11-05
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二氧化铱（Iridium Dioxide，化学式 IrO₂）是一种重要的稀有金属氧化物，呈蓝黑色或黑色结晶性粉末，具有金红石型晶体结构，常温下化学性质极其稳定。作为铱元素的主要氧化物之一，它兼具稀有金属的耐腐蚀性与氧化物的催化活性，在电化学、催化工业等高端领域具有不可替代的应用价值，不过因铱资源稀缺（地壳中含量仅约 0.001ppm），其制备成本较高，应用场景多聚焦于高附加值领域。
从性能来看，二氧化铱的优势集中在稳定性与功能性两大维度。在稳定性方面，它具有极强的耐酸碱性与耐高温性 —— 能耐受王水、浓硝酸等强腐蚀性试剂的侵蚀，高温下（熔点约 1100℃）不易分解，且与金属、陶瓷等基材结合紧密，不易脱落；在功能性方面，它最突出的特性是优异的电催化活性与高导电性，尤其在氧气析出反应（OER）中表现卓越，电子传导率远高于多数金属氧化物，这使其成为电化学领域的核心材料。此外，二氧化铱还具有良好的化学惰性，不易与电解液发生反应，能长期保持性能稳定，延长器件使用寿命。
在应用领域，二氧化铱的价值主要体现在电化学与催化两大方向。在电化学领域，它是质子交换膜燃料电池（PEMFC）与电解水制氢设备的关键催化剂 —— 在燃料电池中，二氧化铱可作为阳极催化剂，加速氧气还原反应，提升电池能量转换效率；在电解水制氢中，它作为阳极材料，能有效降低氧气析出反应的过电位，减少能耗，且耐受酸性电解液的腐蚀，是目前酸性电解水制氢的首选阳极材料。此外，它还用于制备高端电极，如在氯碱工业中，二氧化铱涂层电极可替代传统石墨电极，降低能耗并延长电极寿命；在传感器领域，基于其稳定的导电性与催化活性，可制备用于检测氧气、重金属离子的电化学传感器。
在催化工业领域，二氧化铱可作为多相催化剂，用于有机合成反应，如醇类氧化、烯烃环氧化等，尤其在需要高温、强腐蚀条件的反应中，其催化活性与稳定性远优于传统催化剂。同时，它还可作为汽车尾气净化催化剂的辅助成分，与铂、钯等贵金属协同作用，提升对氮氧化物（NOₓ）的降解效率，减少尾气污染。
不过，二氧化铱的大规模应用仍面临挑战。一方面，铱资源稀缺导致其价格昂贵，限制了在民用领域的普及；另一方面，传统制备方法（如热分解法、溶胶 - 凝胶法）存在产物纯度低、粒径不均等问题，影响性能稳定性。目前，科研人员正通过开发铱基合金催化剂、优化制备工艺（如原子层沉积法）等方式，在降低铱用量的同时提升催化效率。随着氢能产业、燃料电池技术的快速发展，二氧化铱作为核心材料的需求将持续增长，未来在新能源、环保等领域的应用潜力有望进一步释放，推动相关产业向高效、低碳方向发展。
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