黄小磊/杨明/刘旭庆ACS Catalysis：非贵金属催化剂中掺入少量Fe，促进高盐度海水稳定氧化

可再生电能驱动的水分解是一种绿色可持续的制氢策略。然而，该技术主要依赖于高纯度水作为原材料，实现商业规模的电催化水分解仍然是一个巨大的挑战。相比之下，直接海水分解引起了人们广泛的关注，被认为是可行的，具有成本效益的氢气生产策略。

目前，人们对低盐浓度(约0.6 M NaCl)和碱性电解质的海水中进行了研究，开发了各种析氧反应(OER)电催化剂。然而，由于氯离子(Cl⁻)对催化电极的腐蚀作用，OER催化剂在海水电解质中的活性迅速降低。另外，在OER过程中，随着海水的消耗，Cl⁻浓度成比例上升。Cl⁻的增加会阻碍催化剂的活性位点，减少催化剂表面水分子或氢氧化物离子的数量，从而导致催化性能的下降。因此，开发一种在高盐度海水中表现出高活性和稳定性的催化剂对于成功实现大规模海水分解过程至关重要。

近日，中国科学院赣江创新研究院黄小磊、香港理工大学杨明和西北工业大学刘旭庆等制备了Fe含量约为6 mol%的Fe-NiO_xH_y/CC催化剂，其表现出优异的海水氧化性能。实验结果表明，在1.0 M KOH溶液中，Fe-NiO_xH_y/CC催化剂在10 mA cm⁻²电流密度下的OER过电位仅为201 mV，并且该催化剂在含有0.6 M、2 M和饱和的NaCl溶液中10 mA cm⁻²下的OER过电位分别为202、208和206 mV，表明Cl⁻不会影响Fe-NiO_xH_y/CC催化剂的活性。

此外，Fe-NiO_xH_y/CC催化剂在饱和碱性海水电解质中可以连续运行长达100小时，证明其优异的海水氧化稳定性。

各种实验表征和密度泛函理论(DFT)计算表明，与纯NiOOH和FeOOH相比，Fe-NiO_xH_y/CC对OER和Cl*中间体具有低的过电位和中等的吸附能力，表明Ni-Fe桥位点有利于降低催化剂的OER过电位，Fe的引入缓和了Cl⁻的吸附能，从而使Fe-NiO_xH_y/CC在碱性电解质中(NaCl浓度从0 M到饱和状态)具有较高的催化活性。

总的来说，该项工作为合理设计海水电解过程中的高效稳定的OER催化剂提供了指导，这有助于推动海水分解技术的大规模应用。

Stable seawater oxidation at high-salinity conditions promoted by low iron-doped non-noble-metal electrocatalysts. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c03528