Advanced Energy Materials：面向工业化海水氧化的大规模、低成本、高活性Ni-Fe基电极的超快室温合成

第一作者：卓玉玲

通讯作者：刘东*，葉穎暉*，潘晖*，王振波*

单位：深圳大学，澳门大学，哈尔滨工业大学

由于电解水中阳极上的析氧反应（OER）动力学缓慢，需要较大的过电位，因此开发一种活性、高效的OER电催化剂具有重要意义，因为这决定了水/海水电解的效率和成本。Ni-Fe基催化剂因其优秀的OER电催化活性和丰富的储备而备受关注。然而，现有的Ni-Fe基催化剂合成方法大多在实验室规模上进行，未考虑成本和时间因素，工业化大规模生产成仍面临挑战。本篇观点展示了一种面向工业化大规模生产的低成本、高活性、高稳定性的Ni-Fe氢氧化物电解水/海水析氧催化剂，有助于加速电解海水的实际应用。

近日，来自哈尔滨工业大学/深圳大学的王振波教授、刘东老师与澳门大学的潘晖教授、葉穎暉老师合作，在国际知名期刊Advanced Energy Materials上发表题为“Ultrafast Room-Temperature Synthesis of Large-Scale, Low-Cost, and Highly Active Ni─Fe Based Electrodes toward Industrialized Seawater Oxidation”的观点文章。该观点文章提出了一种超快速制备、低成本的高活性Ni-Fe氢氧化物OER催化剂，促进了工业化大规模生产高性能电解水/海水OER催化剂的开发和应用。

本文报道了一种高活性的Ni-Fe氢氧化物基OER催化剂，通过简单地将泡沫镍( NF )浸泡在Fe(NO₃)₃溶液中(将得到的产物命名为60Fe/NF)，在1 M KOH溶液中，60Fe/NF的Tafel斜率为57 mV dec^-1，在10、100和1000 mA cm^-2的电流密度下，过电位分别为240、304和680 mV，表现出优异的OER性能。在1 M KOH电解液和碱性海水中，60Fe/ NF在250 mA cm^-2的大电流密度下循环100 h，表现出优异的电化学耐久性，同时保持96.8 %左右的高法拉第效率。与NF相比，Fe的掺入可以显著增强OER性能。

60Fe/NF电化学活性的提高的原因主要由三个：1）电化学活性面积提升；2）电荷转移电阻的降低，以及3）60Fe/NF从Ni-Fe氢氧化物 (Ni(Fe)OH₂)到Ni-Fe羟基氧化物(Ni(Fe)OOH )的原位转化。

此外，我们将60Fe/NF从1 cm²放大到2000 cm²，证明了催化剂的一致性。我们还将Ni-Fe催化剂和商业多孔NiMo泡沫集成到碱性电解池( AEC )中，在6 M KOH和60℃ 碱性海水中表现出优异的耐久性，在2.3和2.9 V下的电流密度为200 mA cm^–2。

综上所述，我们开发了一种超快速制备、低成本、高活性的Ni-Fe氢氧化物OER催化剂。我们还成功地将催化剂从实验室尺寸的1cm²放大到2000cm²的大面积，证明了该催化剂具有很好的可扩展性。我们还对大规模合成60Fe/NF的材料成本进行了估算，并与基准催化剂RuO₂进行了比较。由于60Fe/NF的成本远低于RuO₂，特别是在大规模应用时，60Fe/NF比RuO₂更具有商业化的可行性。最后，将60Fe/NF催化剂和多孔NiMo泡沫集成到AEC中进行实际应用评估，在6 M KOH和60℃ 碱性海水中，200mA cm^-2下的电压分别为2.3和2.9 V，表现出优异的耐久性。

”Ultrafast Room-Temperature Synthesis of Large-Scale, Low-Cost, and Highly Active Ni─Fe Based Electrodes toward Industrialized Seawater Oxidation”

潘晖教授 简介：潘晖老师于2006年获得新加坡国立大学物理学博士学位，2008年到2013年期间先后在新加坡国立大学、新加坡高性能计算中心、美国橡树岭国家重点实验室等国际顶尖科研机构以研究员和科学家身份从事新型功能纳米材料的设计和实验相关研究。2013年开始潘老师加盟澳门大学应用物理及材料工程研究院，迄今为止，已经发表SCI论文260余篇，文章总引用达12000多次，h-index为55. 此外，潘老师还拥有6项中国专利及4项美国专利。潘晖老师从事实验研究和理论计算相结合，设计及制备纳米和薄膜材料，探讨其物理与化学性质，及其在光/电催化、水分解、CO2和N2还原、氢能源、电子自旋、及纳米器件的应用。

王振波教授 简介：俄罗斯工程院外籍院士；哈尔滨工业大学二级长聘教授，博士生导师；深圳大学特聘教授。入选国家级高层次人才（第四批）、科技部中青年科技创新领军人才；黑龙江省“龙江学者”特聘教授；山东省泰山产业领军人才；江苏省“双创”人才；获2022年侯德榜化工科学技术奖创新奖；连续9年(2014-2022)入选Elsevier中国高被引科学家。深圳市高层次人才团队负责人。担任Batteries顾问编委、《电源技术》、《储能科学与技术》编委。研究方向为先进化学电源、氢燃料电池、电催化、纳米电极材料；主持国家自然科学基金4项，山东省重点研发项目1项，其他省部委项目8项，其他及企业课题40多项。在Nature Catalysis、Nature Commun.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等上发表SCI论文270多篇，H因子60。近5年发表IF>10的论文69篇。入选ESI十年高被引论文19篇，ESI热点论文4篇。获国家授权发明专利42项，转化18项；获黑龙江省自然科学一等奖2项，浙江省科技成果转化二等奖1项。

卓玉玲博士 简介：曼彻斯特大学本硕博。主要从事氢能电催化材料及器件方向的研究。

王振波特聘教授团队拥有一整套完善的纳米材料制备、电化学性能测试等仪器设备，主要包括：等离子溅射、水热反应釜、高温气氛烧结炉、真空干燥箱、化学气相沉积、电化学工作站等设备。此外课题组还搭建了针对电催化研究的原位拉曼光谱和原位X 射线衍射测试系统可满足项目机理分析的需要，并拥有1 台计算服务器保障理论计算研究。

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