动态界面调控实现安培级稳定析氧
动态界面调控实现安培级稳定析氧
近日，东莞理工学院陶瓷与复合材料团队联合湖南师范大学、华南理工大学等单位，在高电流密度碱性析氧反应电催化研究中取得新进展。研究团队通过钨介导的界面电子调控，协同调节催化剂动态重构和界面电荷分布，使非贵金属催化剂在2 A cm -2 的大电流密度下连续稳定运行250小时。相关成果在线发表于《先进功能材料》（ Advanced Functional Materials ）。
原位光谱揭示Fe/Ni氧羟化物工作相形成及W-O配位保留。研究团队供图，下同
论文第一作者、东莞理工学院材料科学与工程学院博士后廖礼玲介绍，析氧反应是碱性电解水制氢的关键阳极反应，其缓慢的多电子转移动力学直接影响电解效率。Fe、Ni基非贵金属催化剂在阳极氧化过程中通常会发生表面重构，形成真正参与反应的高价态氧羟化物。然而，在安培级大电流密度下，持续强氧化、活性组分溶出、界面失稳和气泡覆盖等因素，又容易造成催化性能衰减。“关键并不是简单阻止催化剂重构，而是如何利用重构，并稳定重构后的活性状态。”廖礼玲说。
同步辐射XAS表征Fe与W的局域配位结构演化。
针对这一问题，研究团队在三维泡沫镍上原位构筑Fe 3 O 4 / WO x 纳米片前驱体，并通过电化学活化诱导阳极重构。研究发现，重构后Fe、Ni组分形成高价态氧羟化物，成为主要工作相；部分 WO x 则在重构后保留下来，其稳定的W-O配位环境可参与界面电荷重新分布，调节邻近Fe、Ni位点的电子结构及含氧中间体吸附。
为弄清催化剂在工作状态下“活性中心究竟如何演变”，团队利用原位拉曼光谱、原位及准原位X射线光电子能谱、同步辐射X射线吸收谱等手段跟踪其结构演化。结果表明，随着阳极电位升高，Fe、Ni逐步演化为FeOOH、NiOOH类高价氧羟化物，并在析氧区间保持稳定；与此同时，W-O配位在重构及持续运行过程中仍显著保留。实验与理论计算进一步表明，残余WO x 并非简单的“惰性残留物”，而是发挥界面电子调控作用。