镍泡沫表面工程构建高效耐腐蚀双功能电极用于水及海水电解制氢

研究人员针对贵金属催化剂成本高、传统合成工艺复杂等问题，通过盐酸/硫酸蚀刻镍泡沫(NF)构建自支撑Ni(OH)2/NiOOH纳米结构，实现20 mA cm?2下1.61 V的低电压水分解和60小时海水电解稳定性，为规模化制氢提供廉价高效的解决方案。

　　

随着全球碳中和进程加速，氢能作为清洁能源载体备受关注。电化学水分解制氢技术因其零碳排放特性成为研究热点，但当前依赖贵金属（如Ir、Pt）催化剂导致成本居高不下，且复杂合成工艺制约规模化应用。传统过渡金属催化剂虽成本较低，但存在活性不足、海水环境易腐蚀等问题。镍基材料因其丰富储量、良好导电性和可调控电子结构被视为理想替代品，但如何通过简易工艺构建兼具高活性与强耐蚀性的镍基催化剂仍是重大挑战。

苏州佳斯德金属泡沫有限公司提供的镍泡沫(NF)经盐酸(HCl)或硫酸(H₂SO₄)蚀刻后，通过水浴超声处理直接转化为自支撑Ni(OH)₂/NiOOH纳米结构。酸蚀释放的Ni²⁺与阴离子(Cl^?/SO₄^2?)反应在NF表面原位生成活性相，形成分级多孔网络。电化学测试表明该催化剂在碱性环境中仅需1.61 V即可驱动20 mA cm^?2的全水解，且在未处理海水中实现380 mV@200 mA cm^?2的析氧反应(OER)过电位并保持60小时稳定。相关成果发表于《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》。

研究采用酸蚀-超声协同策略，通过调控HCl/H₂SO₄浓度(2.4 M)和温度参数，在NF表面构筑不同形貌的Ni(OH)₂/NiOOH。X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)证实活性相组成，电化学阻抗谱(EIS)分析电荷转移特性，线性扫描伏安法(LSV)评估OER/HER性能，并与传统电沉积/水热法制备的Ni-Fe、Ni-Co-Fe催化剂对比。

Results and discussion
酸蚀过程使NF表面形成纳米片(HCl处理)与纳米花(H₂SO₄处理)混合结构，比表面积提升约30倍。NiOOH中Ni³⁺位点通过形成M=O键促进OER动力学，而Ni(OH)₂优化d带结构加速HER的Volmer步骤。HCl处理样品在10 mA cm^?2展现60 mV HER起始电位，H₂SO₄处理样品则实现270 mV OER过电位。海水测试中羟基层排斥Cl^?的特性赋予材料优异抗腐蚀性。

Conclusion
该研究开创性地通过简易酸蚀法将商品化NF转化为高性能双功能电极，其优势体现在：(1) 工艺成本仅为贵金属催化剂1/50；(2) 独特三维结构确保高活性位点暴露和快速传质；(3) 本征抗腐蚀特性突破海水电解技术瓶颈。由Aleena Tahir和Tanveer ul Haq等组成的研究团队证实，这种"自下而上"的表面工程策略为规模化绿氢生产提供了兼具经济性和可靠性的材料解决方案，对推动可再生能源消纳具有重要实践意义。