通过策略性地设计电催化剂的电子结构，发挥AEM电解槽的卓越性能，实现动态功能切换

《ACS Catalysis》：Harnessing AEM Electrolyzer-Level Performance through Strategically Designing the Electronic Structure of Electrocatalysts, Enabling Dynamic Functional Switching

镍基硫化物催化剂通过电化学还原调控实现氧析出和析氢双功能优化，在规模化质子交换膜水电解器中表现出高电流密度稳定性与能效提升。

　　

阴离子交换膜水电解器（AEMWE）是一种具有成本效益的氢气生产技术。为了促进其发展和应用，人们正在努力寻找能够高效促进氢气析出反应（HER）和氧气析出反应（OER）的非铂族金属（non-PGM）电催化剂。硫化镍（NiS）是有效的OER催化剂，但它们在电解槽运行条件下存在因渗出而导致的不稳定性问题。我们提出了一种合理的非铂族金属设计，该设计在OER过程中提高了稳定性，同时在HER方面也表现出色，为可扩展的AEMWE零间隙堆栈设备提供了分子层面的见解。将NiS涂层应用于由三维多孔镍泡沫（NSMA）支撑的铝金属-有机框架上，使得电荷在界面处局部化，从而在100 mA cm^–2的电流下仅需322毫伏的电压即可实现OER。NSMA设计的主要创新在于采用了一种可控的电还原工艺，将Millerite相转化为Ni₃S₂（rNSMA）催化剂。这种转变使得电荷在表面重新分布，使得HER过程中的过电位降低至-80 mV（在100 mA cm^–2的电流下）。在全电池测试中，这种催化剂组合的过电位为1.49 V，优于商业上使用的Pt/Ru催化剂组合（1.58 V）。在放大后的12.96 cm² AEM电解槽单电池堆栈中，电流密度从398 mA/cm²提升至1062 mA/cm²，并在高温下持续运行超过100小时，实现了99%的法拉第效率和100%的氢气纯度。该AEM电解槽的能源效率为45.50 kWh/kg，电池效率为86.59%。包括密度泛函理论（DFT）分析在内的详细研究表明，电子结构的改变增强了电荷的重新分布，从而推动了其在工业规模上的优异性能。