近日，昆明理工大學材料科學與工程學院張正富、王勁松在電解水制氫研究方面取得重要進展，相關工作以“Coupling adsorbed evolution and lattice oxygen mechanism in Fe-Co(OH)2/Fe2O3heterostructure for Enhanced Electrochemical Water Oxidatio”、“Multisite synergistic-modulating elementary steps for efficient alkaline hydrogen evolution via NiCu/NiMoOx nanocomposites”、“Metal-organic framework-derived S-NiFe PBA coupled with NiFe layered double hydroxides as Mott-Schottky electrocatalysts for efficient alkaline oxygen evolution reaction”。分別在Advanced Functional Materials、Journal of Materials Chemistry A和Chemical Engineering Journal上發表。該研究通過將遵循AEM機制的Fe-Co(OH)2和LOM機制的Fe2O3組合構建Fe-Co(OH)2/Fe2O3異質結構。通過DFT理論計算，電化學探針實驗，以及原位Raman證實：利用界面間的電荷轉移、電子結構調制和多組分效應，可以協同優化中間態吸附能和OER反應路徑，打破傳統AEM線型關系約束，理論過電勢得到明顯降低。進一步電化學性能測試表明：在堿性電解質中，Fe-Co(OH)2/Fe2O3在10 mA/cm2過電壓低至219 mV，同時展現出優異的穩定性，在100 mA cm?2下連續反應100小時后，材料表面未發生破壞?？偟膩碚f，該項為合理設計開發非貴金屬基催化劑結構中不同相間的協同作用提供了新的思路。
圖示：界面多組分協同優化OER反應路徑
昆明理工大學為文章主要完成單位，材料科學與工程學院21級碩士研究生辛思思和20級本科生李海瑤為論文第一作者，王勁松副教授為論文的通訊作者，文章還得到了云南師范大學和皇家墨爾本理工大學等單位研究人員的支持，相關研究獲得了國家自然科學基金、云南省自然科學基金等項目的支持。
將可再生能源通過電解水技術轉化為氫能的形式進行存儲應用，對加速制造業綠色化轉型具有重要意義。然而電解水反應中的一個重要的半反應-析氧反應(OER)是一個四電子過程，涉及多個中間基團(*OH，*O，*OOH)的吸/脫附，需要較高的過電勢，嚴重限制了能源轉換效率，探索高活性、高穩定性的OER電催化劑是提高能量轉換效率的關鍵。目前，OER普遍遵循四電子轉移過程的吸附演化機制(AEM)，其中間基團吸附能存在線型標度關系，導致OER存在一個難以消除最低過電勢370 mV。而近期報道的晶格氧機制（LOM）可以突破這一限制，但從熱力學角度來看，LOM涉及到表面晶格氧參與反應，這可能導致催化劑不穩定。通過合理調控OER機理來設計具有高活性和穩定性的電催化劑是目前研究的重點。
論文鏈接：
AFM: https://doi.org/10.1002/adfm.202305243
JMCA: https://doi.org/10.1039/D3TA03942K
CEJ:https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144827
