氢能被认为是新能源的理想之选。然而，析氧反应（OER）作为电解水技术的核心环节，因涉及复杂的四电子转移，反应动力学极为迟缓，严重阻碍了该技术迈向大规模应用。传统的贵金属催化剂虽能解燃眉之急，但成本高昂、储量稀缺，限制了其广泛普及。因此，研发低成本、高性能的非贵金属碱性OER催化剂，成为全球科研人员竞相攻坚的焦点。
在众多研究方向中，二维过渡金属层状双氢氧化物（LDHs），以其独特的有序结构和可调控特性，吸引了大量关注。其中，双金属NiFe LDH，在碱性溶液中一度展现出高效的OER催化活性。但是，在长期使用过程中，铁元素的溶解以及持续的氧化还原反应，严重影响了其催化活性与稳定性。正是在这样的背景下，不含铁元素的 NiCo-LDH 催化剂崭露头角，展现出巨大潜力。然而，如何进一步激发其在高电流密度下的催化性能，成为横亘在科研人员面前的一座亟待攻克的大山。
图1. Ti-NiCo-LDH/NF的合成示意图、形貌结构和水接触角
石河子大学于锋教授团队创新性地采用一种TiCl4快速浸渍法（时间为30 s），制备了钛掺杂的NiCo-LDH电催化剂。该催化剂富含M-O-Ti（M=Ni, Co）键与氧空位，显著增强了析氧反应过程中含氧中间产物的吸附能力，大幅提升电子转移速率，有效降低了反应中最为关键的决速步（RDS）所需能量，有效促进了 OER 反应动力学，从根本上提升了催化剂的性能。钛掺杂的Ti-NiCo-LDH 催化剂展现出了优异的电化学性能，其过电位（353 mV@100 mA/cm2）显著优于未掺杂的NiCo-LDH催化剂（429 mV@100 mA/cm2）。与太能电池组合，在 1.61 V 电压下即可高效驱动水分解，充分彰显了其在实际应用中的巨大潜力与广阔前景。
图2. 催化剂的化学状态和电子结构特征 (a) Ni 2p、(b) Co 2p、(c) Ti 3d、(d) O 1s 的XPS 光谱；(e) 拉曼光谱；(f) EPR 光谱。
图3. 1 M KOH条件下，催化剂的OER电催化性能评估。
图4. 钛掺杂对催化剂催化活性提升的机理探究。
相关成果在Industrial Chemistry & Materials 期刊发表。论文第一作者是石河子大学化学化工学院博士研究生谢静，通讯作者是杨晓东副教授、孔爱群副教授和于锋教授。
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A facile route of Ti decoration for modulating M–O–Ti (M = Ni, Co) and oxygen vacancies on NiCo-LDH electrocatalysts for efficient oxygen evolution reaction
Jing Xie, Jianhao Du, Pei Chen, Gang Wang, Jinli Zhang, Xiaodong Yang*, Aiqun Kong*, Feng Yu*
Ind. Chem. Mater., 2025, 3, 342-352, DOI: 10.1039/D5IM00007F
导师介绍
https://www.x-mol.com/groups/yu_feng
