"一石二鸟"：Fe3+离子双功能驱动一步法合成镍铁层状双氢氧化物@聚吡咯复合材料用于高效水分解

为解决传统层状双氢氧化物（LDHs）导电性差、析氢反应（HER）活性低的问题，研究人员创新性地利用Fe3+离子同时作为腐蚀剂和催化剂，一步法合成NiFe-LDH@PPy复合材料。该材料在10 mA cm?2电流密度下表现出236 mV（OER）和95 mV（HER）的低过电位，组装电解槽仅需1.57 V即可驱动水分解，为低成本高效制氢提供了新策略。

　　

论文解读：

化石能源的不可持续性和环境污染问题，促使全球转向太阳能、风能等可再生能源。然而，这些能源的间歇性特点亟需高效储能技术支撑。其中，电解水制氢因其零碳排放优势成为研究热点，但析氧反应（OER）和析氢反应（HER）的高过电位导致能耗过大。目前，贵金属催化剂（如RuO₂/IrO₂和Pt）虽性能优异，但高昂成本制约其工业化应用。镍铁层状双氢氧化物（NiFe-LDHs）因成本低、结构可调成为OER优选材料，但其HER活性差且导电性不足。如何通过简易方法构建兼具OER/HER双功能特性的非贵金属催化剂，成为突破水分解技术瓶颈的关键。

山西某研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表研究，提出"一石二鸟"的创新策略：利用Fe³⁺离子同时作为镍泡沫（NF）的腐蚀剂和吡咯聚合催化剂，在室温下一步合成镍铁层状双氢氧化物@聚吡咯（NiFe-LDH@PPy）复合材料。该材料在碱性条件下表现出卓越的双功能催化活性，OER/HER过电位分别低至236 mV和95 mV（10 mA cm^?2），组装的全水解电解槽仅需1.57 V工作电压，且能稳定运行100小时。

关键技术方法包括：1）Fe³⁺离子诱导的NF原位刻蚀与吡咯氧化聚合同步反应；2）X射线光电子能谱（XPS）分析材料电子结构；3）电化学工作站测试线性扫描伏安曲线（LSV）评估催化性能；4）扫描电子显微镜（SEM）观察材料形貌。

【Material characterization】
通过SEM观察到PPy纳米颗粒均匀负载在NiFe-LDH纳米片表面，形成三维多孔结构。XPS证实PPy中氮原子的高电负性（3.04）促进了质子吸附，而Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原对加速电子转移。

【Conclusion】
该研究突破传统两步法合成局限，通过Fe³⁺离子的双功能作用实现材料制备与性能优化的协同：一方面其腐蚀NF生成NiFe-LDH活性相，另一方面催化生成具有高导电性的PPy网络。PPy的π共轭体系不仅提升电子传导，其氮原子还创造HER活性位点，而NiFe-LDH提供优异OER活性。这种"材料制备-结构调控-性能增强"的一体化策略，为设计高效双功能催化剂提供了新范式。

研究意义在于：1）开发了室温一步合成工艺，大幅降低能耗；2）Fe³⁺离子的双功能利用简化了制备流程；3）PPy与LDHs的协同效应使材料性能超越多数报道的复合催化剂。该成果对推动非贵金属催化剂工业化应用具有重要价值，相关技术已获山西科技创新团队项目支持。