过渡金属氧化物涂层不锈钢电极在海水电解析氧反应中的性能优化与机制研究

针对海水电解中阳极析氧反应(OER)受氯离子腐蚀及竞争性氯氧化反应(ClOR)制约的难题，美国橡树岭国家实验室团队系统研究了Cr、Mn、Re、Mo氧化物涂层不锈钢(SS)电极的性能。研究发现MoOx/SS在1 M KOH/海水中实现399 mV@10 mA cm-2的低过电位，并保持1000小时稳定性，为开发耐腐蚀阳极提供了普适性策略。

　　

随着全球氢能战略的推进，直接利用海水电解制氢因其资源丰富性成为替代传统高耗能天然气重整制氢的重要途径。然而海水中高浓度氯离子引发的电极腐蚀和竞争性氯氧化反应(ClOR)，导致析氧反应(OER)效率骤降，成为制约技术发展的瓶颈。美国橡树岭国家实验室的Xiang Lyu、Alexey Serov等团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，通过过渡金属氧化物涂层工程破解这一难题。

研究采用浸渍法在316不锈钢(SS)表面构建Cr、Mn、Re、Mo氧化物涂层，通过电化学测试结合SEM表征系统评估其在天然海水和1 M KOH改性海水中的性能。

主要技术方法

1. 电极制备：以NaBH₄还原相应金属盐溶液，在SS基底上原位生成MO_x涂层
2. 性能评估：采用三电极体系测试OER过电位、Tafel斜率及100-1000 mA cm^-2下的长期稳定性
3. 机理分析：通过SEM观察腐蚀形貌，推测MoO₄^2-的原位生成对氯离子的阻隔作用

研究结果
Electrochemical durability and activity
在天然海水中，Mo/SS在100 mA cm^-2下展现最优耐久性，而Cr/SS因严重腐蚀在30小时内失效。添加1 M KOH后，Mo/SS的过电位从830 mV降至399 mV@10 mA cm^-2，且在1000小时@1000 mA cm^-2测试中无衰减。

Conclusions
Mo涂层通过形成连续氧化层或原位生成MoO₄^2-抑制氯侵蚀，该策略在Inconel 718基底上同样实现40%耐久性提升。研究为开发非贵金属海水电解阳极提供了新思路，对海洋可再生能源制氢系统的实用化具有重要推动作用。

这项工作的创新性在于揭示了过渡金属氧化物与基底材料的协同抗腐蚀机制，特别是Mo基涂层的普适性保护效果，为工业化放大提供了理论依据。未来研究可进一步探索涂层厚度与微观结构的精确调控，以优化成本与性能的平衡。