多尺度分级三元FeCoNi LDH/Co LDH结构设计实现高效持久的水分解催化

为解决工业级电解水制氢中OER（氧析出反应）催化剂活性低、稳定性差的问题，研究人员通过构建"肠绒毛"状多级微纳结构的FCN-LDH/C-LDH/NF电极，将三元FeCoNi LDH纳米片组装在Co LDH微米片上，实现了316 mV@50 mA cm?2的低过电位和2 A cm?2工业级电流密度下的稳定运行，为清洁氢能生产提供了新型电极设计范式。

　　

在全球碳中和背景下，电解水制氢技术被视为实现清洁能源转型的关键。然而，阳极缓慢的氧析出反应(OER)动力学导致的高过电位，成为制约该技术商业化的瓶颈。目前商用的Ir/Ru基催化剂虽能提升反应效率，但其高昂成本和有限耐久性令人却步。更棘手的是，工业级碱性电解槽(AWEs)需要催化剂在超高电流密度(>500 mA cm^?2)下稳定工作，这对传统层状双氢氧化物(LDH)材料提出了严峻挑战——它们往往面临活性位点暴露不足、电子传导性差、质量传输受阻三大困境。

山西某研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表的研究中，创新性地设计了"肠绒毛"状多级结构的FCN-LDH/C-LDH/NF电极。该工作采用分步水热法，先在镍泡沫(NF)基底上生长Co LDH微米片骨架，再组装FeCoNi LDH纳米片，通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征结构，结合电化学工作站测试催化性能。

Results and discussions部分揭示：微米级Co LDH骨架形成三维开放孔道（图1a），而超薄FeCoNi LDH纳米片（~5 nm）的负载使比表面积提升3倍。X射线光电子能谱(XPS)显示Fe掺杂诱导Co²⁺/Co³⁺氧化态转变，优化了电子结构。在1 M KOH电解液中，该电极仅需316 mV过电位即可驱动50 mA cm^?2的OER电流，优于多数报道的LDH材料。更惊人的是，在509 mV过电位下可实现2 A cm^?2的工业级电流输出，连续运行200小时后活性衰减可忽略不计。

Conclusions部分强调：这种多尺度分级结构实现了三重突破——纳米片提供丰富的缺陷活性位点，微米骨架确保机械稳定性，NF基底构建快速电子传输网络。当组装成全电解槽时，仅需1.63 V工作电压即可达到50 mA cm^?2的全水解电流密度，比商业电解槽节能约15%。该研究为设计面向工业应用的能源转换器件提供了新思路，其架构设计策略可延伸至其他电催化体系。