電化學水分解被認為是實現(xiàn)高純度大規(guī)模制氫的可行策略。然而，具有多質(zhì)子/電子耦合步驟的釋氧反應(OER)的緩慢動力學過程導致高電池電壓(1.8~2.4 V)才能達到200~400mA cm-2的電流密度。雖然目前最先進的IrO2或RuO2基貴金屬氧化物具有最有效的OER電催化活性，但由于其穩(wěn)定性不理想、成本高和稀缺性，嚴重制約了貴金屬氧化物催化劑的廣泛商業(yè)應用。為了解決這些問題，迫切需要開發(fā)高效，低成本和地球豐富的長期穩(wěn)定的OER催化劑。
基于此，中科院金屬研究所成會明和劉崗等利用電化學拓撲轉(zhuǎn)變在泡沫鎳上直接生長具有豐富鐵活性中心的超薄γ-NiFeOOH NSs，用作高效穩(wěn)定OER電極。
擴展X射線吸收精細結(jié)構(gòu)(EXAFS)結(jié)果顯示，NiFeOOH中未被占用的金屬中心可能形成了低配位數(shù)的鐵中心。此外，NiFeOOH中Fe和Ni中心之間的協(xié)同作用調(diào)節(jié)了Fe中心的局部配位環(huán)境和電子結(jié)構(gòu)，從而觸發(fā)了優(yōu)越的OER活性。由于Fe/Ni金屬中心的協(xié)同效應以及NiFeOOH NSs與導電襯底之間的強粘附作用，在10 mA cm-2的電流密度下，由拓撲轉(zhuǎn)換過程(NiFeOOH-T)得到的NiFeOOH電極具有210 mV的低OER過電位和32 mV dec-1的低Tafel斜率。重要的是，NiFeOOH-T電極在400~600 mA cm-2的大電流密度下可以連續(xù)運行超過2000小時。
NiFeOOH-T電極對OER和HER也表現(xiàn)出雙功能催化活性，利用NiFeOOH-T電極構(gòu)建的電解槽僅需1.67 V就能獲得10 mA cm-2的電流密度。此外，當采用高效的NiMoO4-NH3電極作為對電極時，NiFeOOH-T//NiMoO4-NH3電解槽僅需1.6 V就能獲得400 mA cm-2的電流密度；并且NiFeOOH-T//NiMoO4-NH3電解槽在400 mA cm-2電流密度下的能量效率高達77%，遠高于Ir/C//Pt/C電解槽(63%)。
Topologic Transition-Induced Abundant Undercoordinated Fe Active Sites in NiFeOOH for Superior Oxygen Evolution. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.108044
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