近日，重点实验室贾德昌教授课题组段小明副研究员等在电催化水分解领域取得重要进展。该研究通过凝胶-浸渍-煅烧法，构建了一种具有超亲水/超疏气性质的FeCoNiO_x/C/NF型析氧反应（OER）催化剂，实现了催化剂在大电流密度下的稳定运行。该研究不但揭示了Fe掺杂提升OER催化性能的机理，而且为制备低成本高性能的OER电催化剂提供了新思路。相关成果以题为“多级超亲水/超疏气的3D多孔三金属（Fe，Co，Ni）尖晶石/碳/镍泡沫用于促进析氧反应”的论文发表在《应用催化B》（Applied Catalysis B: Environmental，IF 24.3）杂志上。论文第一作者为材料学院2021级博士生马良，我校为论文第一通讯单位，卫增岩助理研究员、贾德昌教授和段小明副研究员为共同通讯作者。

电解水技术由于可以和风能，太阳能等间歇性可再生能源耦合产氢，被认为是最具前景的制氢技术之一。Ir、Ru等贵金属基电催化材料虽然可有效降低OER的过电位，但由于其低储量、高价格、差稳定性和小电流密度等一系列问题严重阻碍了其大规模商业化应用。在工业应用中，OER催化剂需要在高电流密度下运行，然而生成的O₂气泡很容易覆盖电极的活性表面，阻碍反应动力学，进而造成电解池系统的过电位上升。针对以上问题，本研究基于超亲水/超疏气策略开发了一种简单、低成本、易于大规模制备的凝胶-浸渍-煅烧方法，合成了具有三维网络结构的三金属（Fe，Co，Ni）尖晶石/碳/泡沫镍（FeCoNiO_x/C/NF）自支撑OER电极，并证明了制备的电极具有超亲水/超疏水的性质，可以在反应过程中快速去除O₂气泡，防止出现“气泡屏蔽效应”。研究同时揭示了Fe掺杂促进OER反应活性的机理。在1 M KOH中10 mA cm⁻²的电流密度下，制备的FeCoNiO_x/C/NF电极表现出221 mV的低过电位和21 mV dec⁻¹的低Tafel斜率。在500 mA cm⁻²的高电流密度下，FeCoNiO_x/C/NF电极的过电位只有325 mV，并在250小时的稳定性测试中性能几乎没有衰减。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337323003600?ref=pdf_download&fr=RR-2&rr=7ba593996e770489

FeCoNiO_x/C/NF电极的制备流程图

FeCoNiO_x/C/NF催化剂形貌表征：a）FeCoNiO_x/C/NF的光学显微照片；b-i）FeCoNiO_x/C/NF的SEM图和相应的元素分布图，标尺：a-i 25 μm；j-p）FeCoNiO_x/C催化剂（从NF载体剥离测试）的HAADF-STEM图像和相应的元素线扫和元素分布图，标尺：j-p 20 nm；q）FeCoNiO_x/C的HRTEM图像（插图为低倍率TEM图像），标尺：q 5 nm（插图中为50 nm）

FeCoNiO_x/C/NF电极材料的超亲水/超疏气性质：a-d）空白的NF，e-h）FeCoNiO_x/C/NF电极的固-液接触角，i-j）空白的NF和FeCoNiO_x/C/NF电极在水中的固-气接触角；k-n）1 M KOH溶液中在10 mA cm⁻²的电流密度下，电极表面的氧气释放行为；o-p）OER催化过程中3D网络骨架结构促进O₂气泡的释放示意图