Angew.：Ni氧化物上碳氧阴离子自转化，实现长期安培级电流密度海水氧化

电催化水分解是一种绿色且可持续的制氢手段。然而，水分解技术的广泛应用将导致淡水的大量消耗，而这无疑增加了制氢的成本。最近，通过海水电解实现H₂生产吸引了人们的注意，越来越多的研究工作正在推动这项技术更接近实际应用。值得注意的是，海水中氯离子(Cl⁻)及其衍生物(如次氯酸盐)在海水氧化过程中都会不断和积极地腐蚀电极，导致催化剂快速失活。碱性海水使OER的热力学势比氯离子的热力学势低约480 mV，这意味着足够高的水氧化活性可以直接限制Cl⁻转化为活性氯衍生物的转化。

然而，在大电流下，大多数OER催化剂在碱性海水中的过电位超过了480 mV，这不利于实现工业级海水电解产氢。因此，探索能够在工业级电流密度下维持高OER活性并很好地抑制氯相关反应的催化剂是推动海水电解实际应用的关键。

近日，山东师范大学唐波、孙旭平、东南大学巩峰和电子科技大学王焱等报道了一种自适应催化剂((NiFe)C₂O₄/NF)，可以实现原位碳氧阴离子自转化(COST，从C₂O₂²⁻到CO₃²⁻)，以抑制材料吸附Cl⁻。

原位/非原位光谱研究表明，(NiFe)C₂O₄/NF的COST诱导催化剂表面优先吸附自释放的CO₃²⁻，有效地排斥Cl⁻。同时，在长期碱性海水氧化(ASO)过程中，这种自发COST相对稳定：CO₃²⁻/C₂O₂²⁻比值(从300到600小时)和C₂O₂²⁻与CO₃²⁻与总碳的比例波动较小。更重要的是，这种COST还加速了材料转化为无序的NiOOH，在保证材料不受Cl⁻腐蚀的同时，促进了OER活性。

因此，所制备的(NiFe)C₂O₄/NF催化剂对ASO表现出优异的活性，在1 A cm⁻²电流密度下的过电位仅为349 mV，优于大多数以前报道的催化剂。此外，(NiFe)C₂O₄/NF在1 A cm⁻²电流密度下连续运行600小时，活性衰减可忽略不计。

值得注意的是，在不对称碱性海水PEM系统中，(NiFe)C₂O₄/NF产生的H₂的法拉第效率约为100%，显示出巨大的实际应用潜力。总的来说，该项研究不仅提供了一种有效的催化剂表面设计理念，并为在电解碱性海水-H₂转化系统中保护Ni基催化剂高价态金属活性位点(延长寿命)提供了思路。

Carbon oxyanion self-transformation on NiFe oxalates enables long-term ampere-level current density seawater oxidation. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202316522