电解水制氢是目前最主要的绿氢制备方法。电解水制氢包括两个同时发生的半反应，即阴极上的析氢反应（HER）和阳极上的析氧反应（OER）。相比于只有2个电子转移的HER，OER伴随着4个电子的转移，在动力学上较为缓慢，需要高效的析氧电催化剂以降低反应能垒加速OER的进行。
中国科学院宁波材料技术与工程研究所气体催化与分离团队近年来通过实验与理论的有效结合在OER电催化方面开展研究。基于团队在电解水OER催化剂方面的研究基础（Adv. Mater. 2018, 30, 1801351; Nat. Commun. 2019，2019, 10, 162.；Adv. Energy Mater., 2019, 9, 1901313），陈亮研究员受邀在Adv. Mater.期刊上围绕酸性质子交换膜（PEM）电解水制氢OER催化剂，对近年来报道的催化剂进行了全面的梳理和总结。该综述重点讨论了有关OER机理以及活性与稳定性之间关系的基础研究，并提出了一种稳定性测试方案来评估本征活性衰减；讨论了当前面临的挑战和尚未解决的问题，如碳基材料的使用以及酸性电解液和PEM电解槽催化剂性能的差异等；展望了最有前景的酸性OER催化剂以及未来的研究方向（Adv. Mater. 2023）。
近期，团队在低温碱性海水电解OER催化剂取得新进展。鉴于海水电解缺乏高活性和抗Cl-腐蚀OER催化剂，陈亮研究员和林贻超研究员从NiFeP前驱体出发通过电化学活化过程原位构筑了一种NiOOH@FeOOH异质结构催化剂，在0.5 A cm-2的工业电流密度下过电位仅为292 mV，并具有很好的稳定性。通过理论计算和实验表征，提出了FeOOH底层可以调控NiOOH电子结构并遵循非传统的双位点催化机制。相关研究成果以“A Unique NiOOH@FeOOH Heteroarchitecture for Enhanced Oxygen Evolution in Saline Water”为题发表在Adv. Mater.上。
图1 NiOOH@FeOOH异质结构和海水电解OER性能
图2 酸性OER催化剂分类以及稳定性/活性与催化机理关系的示意图
相关成果
Adv. Mater.
Electrocatalysts for Oxygen Evolution Reaction in Acidic Media
DOI: 10.1002/adma.202210565
Adv. Mater.
A Unique NiOOH@FeOOH Heteroarchitecture for Enhanced Oxygen Evolution in Saline Water
DOI: 10.1002/adma.202108619
项目支持
中科院从0到l原始创新项目
ZDBS-LY-JSC021
中科院青年创新促进会
2020300
国家自然科学基金面上项目
52002378
浙江省自然科学基金
LY21E020008和LY21B030006
宁波市2025重大专项
2020Z107
