花状结构NiO@Co纳米复合电极的简易制备及其高效析氧反应性能研究

本研究针对过渡金属基OER(析氧反应)电催化剂合成工艺复杂、活性位点不足等问题，开发了紫外-可见光辅助制备原子级钴修饰花状NiO(NiO@Co)纳米复合电极的新方法。该催化剂在碱性介质中展现出1.55 V起始电位、0.46 V@10 mA cm-2过电位及59 mV Tafel斜率的优异性能，协同效应显著提升电子转移速率，为绿色制氢提供了高效低成本解决方案。

　　

随着全球能源结构转型，电解水制氢技术因其环境友好特性备受关注。然而，制约该技术发展的关键瓶颈在于析氧反应(OER)——这个四电子转移过程动力学缓慢，导致电解槽需要较高过电位。目前最先进的钌(Ru)、铱(Ir)等贵金属催化剂虽性能优异，但其稀缺性和高昂成本严重阻碍规模化应用。因此，开发具有丰富活性位点、高导电性且成本低廉的非贵金属催化剂成为研究热点。

PSN工程学院化学系的Perumal Rameshkumar团队在《Inorganic Chemistry Communications》发表研究，提出了一种创新性的解决方案：通过紫外-可见光辅助法在镍箔上构建原子级钴修饰的花状氧化镍(NiO@Co)纳米复合材料。该工作巧妙结合了镍氧化物在碱性介质中形成活性NiOOH相的特性，以及钴元素促进氧空位形成的优势，通过独特的异质结构设计实现协同增效。

研究采用三步关键技术：1)硝酸蚀刻法构建纳米级NiO基底；2)光辅助沉积实现原子级Co分散；3)形貌调控获得120 nm特征尺寸的花状结构。通过FE-SEM(场发射扫描电镜)确认了分级多孔形貌，电化学测试系统评估了OER性能。

【研究结果】

1. 材料表征：FE-SEM显示复合材料呈现典型花状形貌，钴元素以原子尺度均匀分散在NiO纳米花表面，形成大量界面活性位点。

2. 电化学性能：在1 M KOH电解液中，NiO@Co表现出1.55 V(vs. RHE可逆氢电极)的起始电位，10 mA cm^-2电流密度下过电位仅0.46 V，Tafel斜率为59 mV dec^-1，显著优于单一金属氧化物对照组。

3. 稳定性测试：经过20小时恒电位电解，电流密度衰减不足5%，证明材料在强碱性条件下的结构稳定性。

4. 机理分析：XPS(X射线光电子能谱)证实钴的引入促进了Ni²⁺/Ni³⁺氧化还原循环，同步产生氧空位，协同优化了电子传输路径。

【结论与意义】
该研究通过精准调控过渡金属原子排列，创制出具有分级多孔结构的NiO@Co纳米催化剂。其创新性体现在：1)光辅助合成法避免高温处理，实现原子级分散；2)花状形貌提供高比表面积(约120 m² g^-1)；3)Ni-Co协同作用降低反应能垒。相比商业IrO₂催化剂，成本降低98%的同时性能提升40%，为大规模电解水制氢提供了切实可行的材料解决方案。这项工作不仅为设计高效OER催化剂提供了新思路，其"形貌-活性"调控策略也可拓展至其他能源转换材料体系。