​华理/南工大Adv. Sci.：持续工作超700小时！3D CoFeSx前体在弱碱性下实现超稳海水分解

海水电解是一种用于大规模生产高纯度氢气的有吸引力的技术。然而，由于海水环境的复杂性，高效的阳极催化剂应该廉价且稳定，对析氧反应(OER)具有高活性。目前，虽然催化反应通常发生在表面，但催化剂的体积和形貌结构也对性能有重大影响，因此需要对催化剂的结构进行系统优化。

近日，华东理工大学徐至、庄林洲和南京工业大学邵宗平等设计了一个3D CoFeS_x空心球催化剂，以实现高效稳定电解海水。

实验结果表明，H-CoFeS_x在碱性海水中，在420 mV的过电位下的电流密度高达150 mA cm^-2，并且该催化剂在100 mA cm^-2电流密度下连续工作超过700小时的电流衰减可以忽略不计。此外，H-CoFeS_x可以在100 mA cm^-2的电流密度下，在中性海水中稳定运行约20 h且性能无明显衰减，显示出其在实际海水中的巨大应用潜力。

实验、表征和理论模拟证明，空心球结构可以改善反应物在3D水平上的传质，并增加催化剂在海水分解中的比面积。在材料中共掺入CoFe实现原子级协同作用以优化电荷转移，并促进活性位点向金属(氧)氢氧化物的转化，从而提高催化剂的活性、电导率、选择性和稳定性。同时，在OER过程中H-Co₃S₄和H-CoFeS_x中的S物种可以原位转变为SO₄^2-，在没有额外添加剂的情况下，在表面提供保护层。

这项工作中展示的多尺度工程方法也可以应用于其他基于活性非贵金属的OER电极，并促进大规模碱性海水分解产生氢气。

Multiscale Engineering of Nonprecious Metal Electrocatalyst for Realizing Ultrastable Seawater Splitting in Weakly Alkaline Solution. Advanced Science, 2022. DOI: 10.1002/advs.202202387