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在阴离子交换膜水电解槽（AEMWE）中，析氧反应（OER）阻碍了制氢进程。研究人员合成 FeOOH@NOP 新型 OER 电催化剂，其性能优越且耐用。该成果为 AEMWE 制氢提供新方向，有望推动相关技术发展。
在能源转型的浪潮中，氢气作为一种清洁、可持续的能源载体，备受瞩目。通过水电解制氢，被视为实现低碳能源循环的关键路径。然而，析氧反应（Oxygen Evolution Reaction，OER）却如同拦路虎，严重阻碍了水电解制氢的步伐。与析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction，HER）相比，OER 需要更高的过电位，这意味着更多的能量消耗。而且，目前常用的基准贵金属基电催化剂，如 IrO?和 RuO?，不仅成本高昂，资源还十分稀缺，这大大限制了质子交换膜（Proton Exchange Membrane，PEM）电解槽的实际应用。
近年来，阴离子交换膜水电解槽（Anion Exchange Membrane Water Electrolyzer，AEMWE）崭露头角，它能利用基于地球丰富的过渡金属化合物的电催化剂，在碱性溶液中展现出热力学稳定性，还能生产高纯度氢气。在众多地球丰富元素的电催化剂中，镍 - 铁基电催化剂脱颖而出，成为 OER 电催化的热门候选材料。其中，Ni - Fe - OOH 更是被广泛认为是高效的 OER 电催化剂之一。但它也存在问题，比如在 OER 过程中，FeO?H?物种不稳定，会出现动态溶解和再沉积，而且 Fe 的电位依赖性迁移，使得材料的活性和稳定性受操作模式、历史和电解液 Fe 浓度等因素影响。
为了解决这些难题，来自国外的研究人员开展了一项重要研究。他们成功开发出一种新型 OER 电催化剂 —— 层状 FeOOH 负载在三维 Ni 草酸盐棱柱上（FeOOH@NOP）。这项研究成果意义重大，论文发表在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》上。它为 AEMWE 中的 OER 提供了新的解决方案，有望推动水电解制氢技术朝着更高效、更经济的方向发展，助力全球能源转型。
研究人员为开展此项研究，主要运用了以下关键技术方法：首先，通过化学浴沉积和电沉积两种简单的方法合成 FeOOH@NOP。化学浴沉积用于制备 Ni 草酸盐棱柱（NOP），电沉积则实现了 FeOOH 在 NOP 上的负载。其次，利用原位 X 射线吸收近边结构（in-situ X-ray Absorption Near Edge Structure，XANES）和密度泛函理论（Density Functional Theory，DFT）计算，深入探究 OER 中间体在 FeOOH@NOP 上的吸附位点，剖析催化反应机制。
1. FeOOH@NOP 的合成与表征
研究人员通过两步法合成了 FeOOH@NOP。先将泡沫镍（Nickel Foam，NF）在沸腾的草酸中进行热化学处理，使 NF 发生酸性溶解，随后沉淀 / 再沉积形成 Ni 草酸盐金属有机框架（Metal-Organic Frameworks，MOF）纳米棱柱形颗粒，即 NOP。之后，在 NOP 的基础上，通过电沉积的方式负载层状 FeOOH，成功制备出 FeOOH@NOP。这一合成过程简单且具有可扩展性。
2. FeOOH@NOP 的 OER 性能
实验测试表明，FeOOH@NOP 展现出卓越的 OER 性能。在 100 mA cm?2 的电流密度下，其过电位仅为 336 mV。而且，该催化剂具备出色的操作耐久性，在 100 小时的测试过程中，电化学活性没有明显下降。这一性能优于许多已报道的电催化剂，包括基准的 Ir 黑和近期报道的基于 MOF 的阳极材料。
3. OER 反应机制探究
借助原位 XANES 和 DFT 计算，研究人员对 OER 中间体在 FeOOH@NOP 上的吸附位点进行研究。结果发现，NOP 与 FeOOH 的耦合协同作用维持了电催化剂的结构完整性。NOP 内层通过稳定末端氧代中间体，增强了 FeOOH（主要活性位点）上的 OER 活性。这揭示了 FeOOH@NOP 优异催化性能的内在机制。
4. FeOOH@NOP 在 AEMWE 中的应用
在 AEMWE 中，FeOOH@NOP 同样表现出色。在电池电压为 2.01 V 时，其实现了 3.4 A cm?2 的高电流密度，展现出良好的制氢速率。这一结果表明，FeOOH@NOP 在实际的 AEMWE 制氢应用中具有巨大潜力。
综上所述，研究人员成功制备出新型 OER 电催化剂 FeOOH@NOP。它在 OER 性能上表现优异，具有低过电位和高耐久性。通过对其反应机制的深入研究，揭示了 NOP 与 FeOOH 耦合的协同作用。并且，FeOOH@NOP 在 AEMWE 中展现出良好的制氢效果。这一研究成果为解决 AEMWE 中 OER 的难题提供了有效途径，对推动水电解制氢技术的发展具有重要意义。未来，有望基于这一成果进一步优化电催化剂，提高制氢效率，降低成本，加速清洁氢能的广泛应用。
