镍基β沸石(NiM/β)双功能氧电催化剂的制备与性能研究：高效OER/ORR活性及稳定性探索

研究人员针对贵金属基OER/ORR催化剂成本高、稳定性差的问题，通过低成本离子交换法制备NiM/β沸石（M=Co,Cu,Zn）双功能电催化剂。NiCo/β在OER中展现最高电流密度（34.2 mA cm?2），NiZn/β则兼具优异ORR活性（E1/2=0.68 V）和稳定性，为金属-空气电池和可再生燃料电池提供了新型候选材料。

　　

在能源存储与转换领域，氧析出反应(OER)和氧还原反应(ORR)是金属-空气电池(MABs)和可再生燃料电池(URFCs)的核心反应。然而，目前依赖的贵金属催化剂(IrO₂/Pt/C)存在价格高昂、资源稀缺等问题。针对这一挑战，来自塞尔维亚的研究团队在《Journal of Electroanalytical Chemistry》发表研究，通过低成本水溶液离子交换法，将过渡金属(Ni、Co、Cu、Zn)引入β沸石骨架，开发出系列NiM/β双功能电催化剂。

研究采用X射线粉末衍射(XRPD)验证材料结晶性，通过循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)评估电化学性能，并利用电化学阻抗谱(EIS)分析电荷转移电阻。实验选用SiO₂/Al₂O₃比为38的β沸石为载体，通过7天离子交换实现金属负载。

材料表征结果显示所有催化剂保持β沸石特征衍射峰（2θ=7.8^o-27.2^o），扫描电镜(SEM)证实金属均匀分散。电化学测试发现：NiCo/β具有最优OER活性，起始过电位(η_onset)仅460 mV，电流密度达34.2 mA cm^?2；NiZn/β则展现最佳ORR性能，半波电位(E_1/2)为0.68 V，电子转移数3.0-3.3，表明混合反应路径。稳定性测试中NiZn/β表现突出，而NiCu/β活性最低（电流密度仅3.0 mA cm^?2）。

该研究通过系统比较不同金属组合的性能差异，证实NiCo/β和NiZn/β分别是最具潜力的OER和ORR催化剂。其重要意义在于：①开发了可替代贵金属的沸石基催化剂；②揭示了金属协同效应（Ni-Zn组合促进ORR动力学）；③为设计双功能电极材料提供了新思路。Jadranka Miliki?等学者指出，这种低成本制备方法可扩展至其他沸石体系，未来通过调控SiO₂/Al₂O₃比和金属负载量，有望进一步优化性能。研究结果对推进可再生能源器件发展具有重要参考价值。