近日，我校化學(xué)化工學(xué)院包福喜副教授、劉紀(jì)昌教授和郭文副教授等在化學(xué)領(lǐng)域TOP期刊發(fā)表最新研究成果。相關(guān)成果以“Boosting oxygen evolution reaction activity and durability of FeOOH-MOF composite at industrial-grade current densities by a facile corrosion strategy (DOI: 10.1016/j.apcatb.2025.125221)”為題發(fā)表于《Applied Catalysis B: Environment and Energy》上（影響因子：20.3，中科院化學(xué)一區(qū)TOP期刊）。
隨著化石燃料的枯竭和環(huán)境問(wèn)題的加劇，氫能作為一種清潔、高效的能源載體，因其高能量密度和零碳排放特性，成為未來(lái)能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。然而，電解水制氫過(guò)程中的OER由于其緩慢的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，成為制約電解水效率的瓶頸。開(kāi)發(fā)高效、穩(wěn)定且可擴(kuò)展的非貴金屬基OER電催化劑，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)級(jí)電流密度下的低過(guò)電位和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，是當(dāng)前研究的重要方向。基于此，我校化學(xué)化工學(xué)院包福喜副教授、劉紀(jì)昌教授和郭文副教授等采用了一種簡(jiǎn)便的溶劑熱法結(jié)合腐蝕策略合成了(Fe,Ni)OOH-MOF/NF復(fù)合材料。首先，通過(guò)溶劑熱法在鎳泡沫（NF）基底上制備FeOOH-MOF/NF，隨后將其浸泡在硝酸鎳溶液中進(jìn)行腐蝕處理，最終形成(Fe,Ni)OOH-MOF/NF。通過(guò)X射線光電子能譜（XPS）、電子順磁共振（EPR）、X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）等多種表征手段，對(duì)材料的化學(xué)組成、形貌、相結(jié)構(gòu)和缺陷進(jìn)行了詳細(xì)分析。此外，結(jié)合原位拉曼光譜（In-situ Raman）、原位衰減全反射傅里葉變換紅外光譜（ATR-FTIR）以及密度泛函理論（DFT）計(jì)算，深入探究了材料在OER過(guò)程中的相重構(gòu)行為和OER中間體的吸附/脫附過(guò)程。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，(Fe,Ni)OOH-MOF/NF在堿性條件下展現(xiàn)出優(yōu)異的OER性能。該材料僅需229 mV和259 mV的過(guò)電位即可分別實(shí)現(xiàn)10 mA cm-2和100 mA cm-2的電流密度，并能在710 mA cm-2的工業(yè)級(jí)電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行120小時(shí)（過(guò)電位僅為314 mV）。此外，以(Fe,Ni)OOH-MOF/NF為陽(yáng)極的兩電極全水分解裝置在500 mA cm-2的電流密度下僅需1.93 V的電池電壓即可實(shí)現(xiàn)120小時(shí)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。DFT計(jì)算結(jié)果表明，腐蝕過(guò)程優(yōu)化了電催化劑的電子結(jié)構(gòu)和d帶中心，降低了OER速率決定步驟（*OOH→O2）的能壘。同時(shí)，計(jì)算結(jié)果還表明，在(Fe,Ni)OOH-MOF/NF中，Fe更傾向于作為OER的活性位點(diǎn)。In-situ Raman揭示了電催化劑在OER過(guò)程中的動(dòng)態(tài)重構(gòu)行為，而原位ATR-FTIR結(jié)合pH依賴性和化學(xué)探針實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了電催化劑的OER機(jī)制遵循吸附質(zhì)演化機(jī)制（AEM）。
論文第一作者為2024級(jí)博士研究生黃彥兵，2021級(jí)碩士研究生顧宗麗（已畢業(yè)）；通訊作者為郭文副教授，劉紀(jì)昌教授和包福喜副教授。
（通訊員：包福喜）
