宏观块材铱是一种极其稀有、坚硬、耐腐蚀的银白色贵金属，属于铂族金属。

• 极致的化学惰性: 铱是已知最耐腐蚀的金属元素，在高温下仍能抵抗包括王水在内的几乎所有酸、碱和氧化剂的侵蚀。
• 极高的熔点与密度: 铱具有极高的熔点（~2466 °C）和密度（22.56 g/cm³），是自然界中第二致密的元素。
• 卓越的催化活性: 铱是元素周期表中催化性能最优异的元素之一，特别是在析氧反应（OER）中表现出不可替代的作用。

当铱的尺寸缩小到纳米尺度时，其催化性能被极大地放大和优化，这是其所有应用的核心。

• 尺寸依赖的催化活性: 这是铱纳米颗粒最核心的特性。当尺寸缩小到纳米级别，其巨大的比表面积使得大量原子暴露为催化活性位点。更重要的是，纳米尺度下的量子尺寸效应和高比例的低配位数原子（角、边原子）会改变铱的d带电子结构，优化其对反应物的吸附/脱附能，从而极大地提高了其本征催化活性。
• 无与伦比的催化稳定性: 源于块材铱极致的化学惰性，铱纳米颗粒（及其氧化物）在电催化反应的强酸、强氧化性等极端苛刻的条件下，表现出远超其它所有金属（包括铂）的结构稳定性和抗腐蚀能力。

对于铱这种地球上最稀有、最昂贵的金属之一，通过与其它（通常是更廉价的）过渡金属形成合金或核-壳结构，是降低成本和提升性能的最核心策略。

目标: 将一种或多种其它金属原子（如Ni, Co, Fe, Ru）掺入铱的晶格中，形成合金纳米颗粒，以精细调控其电催化性能。

• 性能提升机理:
  • 配体效应: 第二种金属的引入会改变铱原子的d带电子结构，优化其对含氧中间体（如O*, OH*, OOH*）的吸附能，从而打破反应的速控步骤，提高催化活性。
  • 应变效应: 第二种金属原子与铱原子尺寸的差异，会导致铱晶格产生压缩或拉伸应变，同样会改变铱的d带中心，从而优化其催化性能。
• 典型应用: 在酸性析氧反应（OER）中，Ir-Ni, Ir-Co等合金纳米颗粒是目前性能最高的电催化剂之一，其活性远超纯铱。

目标: 利用廉价的金属（如铜Cu, 镍Ni）纳米颗粒作为核，在其表面精确地包覆上几个原子层厚度的铱壳。

• 优势: 这种Ni@Ir核壳催化剂，其表面几乎全是铱原子，催化活性极高，但铱的用量却大大减少，是提高铱原子利用效率、降低催化剂成本的最有效策略之一。

铱纳米颗粒是现代电催化科学与工业中不可或缺的关键材料，其应用在清洁能源技术（特别是绿氢生产）中具有战略性意义。

这是铱纳米催化剂最重要、最核心、无法被替代的应用，是质子交换膜（PEM）电解水技术的心脏。

• PEM电解水的挑战: PEM电解槽的阳极处于极强的酸性（pH 1.5 V）的极端氧化性环境中。在这样的条件下，除了铱之外的所有金属催化剂（包括铂、金）都会被迅速氧化腐蚀而失活。
• 铱的优势: 铱及其氧化物（IrO₂）是目前已知的唯一能够在酸性介质中同时兼具高OER催化活性和足够稳定性的实用催化剂。因此，铱基纳米材料是当前所有PEM电解槽阳极催化剂的基准和商业标准。

• 多相催化: 铱催化剂在多种选择性加氢和脱氢反应中表现出优异的性能。
• 肼分解: 负载型铱纳米颗粒是高效的肼（N₂H₄）分解催化剂，用于卫星和航天器的姿态控制发动机。

铱纳米颗粒（IrNPs）不适用于光学成像。然而，其卓越的电催化活性和无与伦比的化学稳定性，使其在电化学生物传感领域具有独特的应用价值，特别是用于需要长期植入的传感器。

由铱纳米颗粒修饰的电极是构建高稳定性、长寿命电化学生物传感器的理想平台。

• 巨大的有效表面积: 铱纳米颗粒电极的有效表面积远大于平面的二维电极，因此可以固定更多的生物识别分子（如酶、抗体），从而显著放大电化学信号，提高传感器的灵敏度。
• 无与伦比的化学稳定性: 铱纳米颗粒电极可以在复杂的生物体液中长期稳定工作，不会像其它金属电极那样被腐蚀或钝化，保证了植入式传感器的长期稳定性和可靠性。可用于长期监测葡萄糖、神经递质等生物分子。

铱纳米颗粒（IrNPs）在治疗领域的应用独树一帜，主要利用其作为“纳米酶”来调节肿瘤微环境，以增强其它疗法的效果。

实体瘤内部的缺氧（Hypoxia）是导致放疗和化疗耐受的主要原因之一。铱纳米颗粒独特的催化活性为解决这一难题提供了新思路。

• 类过氧化氢酶活性与乏氧缓解: 这是IrNPs在生物医学中最前沿、最独特的应用。
  • 原理: 肿瘤细胞内通常含有高浓度的过氧化氢（H₂O₂）。IrNPs具有高效的类过氧化氢酶（Catalase-like）活性，可以催化肿瘤内的H₂O₂分解，原位产生氧气（O₂）。
  • 治疗增敏: 这种原位产氧的能力可以极大地缓解肿瘤的缺氧状态，从而显著增强放射治疗和光动力学治疗（PDT）对缺氧肿瘤的杀伤效果，实现“1+1>2”的协同治疗。

块材铱（Ir）本身被认为是生物相容性极好、化学性质最稳定的金属（常用于医疗植入物和钢笔尖）。然而，当其以纳米颗粒形态存在时，其生物安全性是一个需要综合评估的复杂问题。

• 氧化还原稳态的干扰: 这是IrNPs毒理学评估中最核心、最独特的考量。IrNPs极高的催化活性是一把双刃剑。它可能过度消耗细胞内正常的、用于信号传导的H₂O₂，从而干扰细胞内精密的氧化还原信号网络，引发潜在的毒性。

• 生物持久性: 与其它铂族金属类似，IrNPs在体内是不可生物降解的，存在长期蓄积于肝、脾等器官的风险。
• 离子释放: 尽管块材铱极其稳定，但纳米颗粒由于其高表面能，仍可能在复杂的生理环境中微量溶解，释放出铱离子。铱离子及其络合物的长期生物毒性尚不完全清楚。

高质量、尺寸均一的铱纳米颗粒的合成，由于其前驱体极高的还原电势和易水解的特性，比其它铂族金属更具挑战性。

这是制备铱纳米颗粒最核心、最主流的方法。

• 多元醇法 (Polyol Process): 这是制备高质量、形貌可控的IrNPs最经典的方法。在高温的乙二醇（EG）中，将铱的前驱体（通常是IrCl₃或H₂IrCl₆）还原。通过向反应体系中引入不同的“形貌控制剂”（如PVP）和调控反应动力学，可以合成出具有特定暴露晶面的铱纳米晶。
• 水相还原法: 在水溶液中，使用强还原剂（如NaBH₄）在惰性气氛保护下还原铱盐。这种方法通常用于制备小尺寸的球形铱纳米颗粒，但尺寸和形貌控制较差。

在高温有机溶剂（如油胺、油酸）中，通过热分解有机金属铱前驱体（如Ir(acac)₃），可以制备出尺寸极其均一、结晶质量高的铱纳米颗粒。

对铱纳米颗粒（IrNPs）的精确表征是评估其催化性能的关键。对其电催化活性和表面性质的表征尤为重要。

• 电化学测量: 这是评价铱电催化剂性能的金标准。
  • 线性扫描伏安法 (LSV): 用于测量催化剂的过电位（通常在10 mA/cm²电流密度下）和塔菲尔斜率，这是评价OER性能的核心参数。
  • 长期稳定性测试: 通过恒电位（计时电位法）或恒电流（计时电流法）测试，评估催化剂在长时间OER反应中的稳定性和寿命。

• 形貌与晶面: 高分辨透射电子显微镜 (HRTEM) 是直接观察IrNPs尺寸、形貌和暴露晶面的金标准。
• 晶体结构: X射线衍射 (XRD)。用于确认IrNPs为面心立方（FCC）的晶体结构。

• 元素组成与化学态: X射线光电子能谱 (XPS)。可以精确分析材料表面的元素组成，并通过分析Ir 4f的高分辨谱，判断铱的氧化态（Ir⁰, Ir³⁺, Ir⁴⁺），这对其催化活性有至关重要的影响。

铱纳米颗粒的表面工程是其催化应用中至关重要的一环，其核心任务是实现“洁净”的催化表面和构建核-壳结构。

合成过程中使用的稳定剂（如PVP）会吸附在铱表面，覆盖催化活性位点，严重影响其催化性能。

• 配体去除: 在将催化剂用于催化反应之前，通常需要进行“清洗”步骤以去除这些表面吸附的有机配体。常用的方法包括：
  • 热处理: 在惰性或还原性气氛下，通过高温退火将有机物分解。
  • 化学清洗: 用乙酸等溶剂在一定温度下清洗，以选择性地去除PVP等配体。

• Ir壳@非Ir核: 这是提高铱原子利用效率、降低成本的最前沿策略。例如，将廉价的镍（Ni）或钴（Co）纳米颗粒作为核，然后通过外延生长技术在其表面精确地包覆上1-2个原子层厚度的铱壳。这样得到的Ni@Ir核壳催化剂，其催化活性和稳定性甚至可能超过纯铱催化剂，但铱的用量却大大减少。