用可再生能源，特別是氫氣替代傳統(tǒng)的化石燃料，對(duì)解決空氣污染、全球變暖、能源危機(jī)等問題具有重要意義。電催化水分解是生產(chǎn)H₂的一種有效的方法。然而，由于陽極上的析氧反應(yīng)(OER)涉及四電子轉(zhuǎn)移過程，其動(dòng)力學(xué)非常緩慢，嚴(yán)重限制了整體水分解的反應(yīng)速度。人們已經(jīng)采取了一系列的策略來改進(jìn)OER的動(dòng)力學(xué)，但與析氫反應(yīng)(HER)的過電位相比，OER的過電位仍然相當(dāng)高。因此，迫切需要開發(fā)具有高性能OER催化劑。

基于此，深圳大學(xué)何傳新課題組設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種溫和的自催化路線，制備了一種多通道中空非晶態(tài)鎳鐵納米反應(yīng)器(NiFe-ANR)作為電催化OER催化劑。

電化學(xué)性能測試結(jié)果顯示，NiFe-ANR在10 mA cm^?2電流密度下的OER過電位低至228 mV，僅為RuO₂的3/5；對(duì)于沒有通道孔隙的NiFe-ANNR，過電位為303 mV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于NiFe-ANR，這突出了NiFe-ANR中的納米反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)其優(yōu)異的OER性能的貢獻(xiàn)。此外，對(duì)NiFe-ANR進(jìn)行了10小時(shí)的耐久性試驗(yàn)，沒有明顯的電流下降，說明NiFe-ANR具有良好的耐久性和穩(wěn)定性。

經(jīng)過測試后的NiFe-ANR的SEM圖像顯示，球形顆粒的形態(tài)沒有變化；經(jīng)過OER耐久性試驗(yàn)后，Ni 2p和Fe 2p的峰位均向正方向移動(dòng)，說明在OER過程中形成了NiOOH和FeOOH，這有助于提高OER的效率。

機(jī)理探究實(shí)驗(yàn)表明，具有空心多孔通道的NiFe-ANR結(jié)構(gòu)可以改變空間曲率和催化劑的傳質(zhì)過程，使NiFe-ANR表面比NiFe-ANNR表面能富集更多的OH^?，最終得到較大的電流密度。

此外，NiFe-ANR的中空多孔納米反應(yīng)器結(jié)構(gòu)也為其帶來了各種傳質(zhì)的可能性。例如，電解質(zhì)和生成的氣體可以通過納米反應(yīng)器內(nèi)部的通道和中間的空腔來運(yùn)輸，這可能是納米反應(yīng)器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)?？偟膩碚f，這項(xiàng)工作將有助于指導(dǎo)探索和制備新的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、納米反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和復(fù)合OER催化劑。

Amorphous NiFe Oxide-based Nanoreactors for Efficient Electrocatalytic Water Oxidation. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202300478