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原文DOI：10.15541/jim20240172
引用本文：
XIAO W Y, FU Y, YANG S B, et al. Seawater Electrolysis Performance of Self-supported Amorphous Ce-FeHPi/NF Electrode. J. Inorg. Mater., DOI: 10.15541/jim20240172.
内容介绍
直接利用海水制氢是理想的制氢途径，然而海水的复杂成分对实现高效、持久、稳定的直接海水电解技术造成了重大挑战。其中最严重的问题有Cl–腐蚀电极和析氯反应与析氧反应的竞争。因此，开发高活性、长期稳定性的OER催化剂对电解海水至关重要。过渡金属磷酸盐(TMPi)因其独特的结构和良好的催化活性，其中所存在的缺陷/位错可以加速OER过程中的质量和电荷转移。磷酸离子基团包含H2PO4–、HPO42–和PO43–，HPO42–不仅通过Lewis酸-碱反应增强氢氧化物的吸收能力，而且影响过渡金属的电子结构，从而提高OER的活性。
FeHPi/NF和Ce-FeHPi/NF样品的XRD谱图
西南石油大学张骞副教授团队通过在泡沫镍(NF)骨架上采用一步式水热法成功制备了一种独特纳米结构的改性Ce-FeHPi/NF电极。结合稀土元素的结构成分优势、纳米结构的非晶态以及开放通道特性，缩短了离子扩散通道，便于电解质的渗透和气体释放，并通过证明其丰富的反应活性位点。纳米结构和电子相互作用保证了电极-电解质边界的小电荷转移电阻，有助于对腐蚀海水的高稳定性。本研究为改性过渡金属磷酸盐在电解海水制氢领域的应用提供了更大可能性，未来的研究方向将集中在电解反应机制的认识，并进一步优化催化剂以满足双功能电解海水催化剂的需求，推动清洁能源和可持续发展的实现。
Ce-FeHPi/NF电极的制备流程
本文亮点
1. 本工作所制备的Ce-FeHPi/NF电极材料在模拟海水环境中具有优异的析氧性能，明显优于商业贵金属催化剂以及部分LDH电极材料，展示了TMPi良好的催化活性和高应用潜力。
Ce-FeHPi/NF样品在不同电解液中的(a, b)OER极化曲线和(c, d)Tafel图谱
2. 该电极材料作为析氧催化剂无论是在模拟海水和真实海水环境下都具有良好的析氧活性和长期稳定性。归其原因是由于Ce掺杂改变了FeHPi/NF晶体结构，导致催化材料的非晶化。非晶结构可以根据反应条件调节暴露的表面，为电解提供更大反应空间。并且非晶材料还具有表面自愈合的特性，在反应过程中Cl–可以诱导和加速重建被破坏的催化表面，从而不断更新有效的催化表面，在海水腐蚀下保持结构稳定。
10%Ce-FeHPi/NF样品(a)表面形貌图；在不同电解液中(b)OER极化曲线和(c)i-t曲线
3. 该电极材料在模拟海水环境中具有优异的析氧选择性，在余氯检测实验和法拉第效率测试中都能展现出近100%的析氧选择性，展示了其在电解海水领域中的巨大潜力。
10%Ce-FeHPi/NF样品的法拉第效率测试(a)示意图和(b)法拉第效率结果
同行评议
这篇工作作者采用直接水热法制备了一种具有多层结构的改性Ce-FeHPi/NF电极，其中10%Ce-FeHPi/NF催化剂在碱性模拟海水电解质中的析氧反应中表现出较好的催化活性。
作者简介
通讯作者：张骞，博士、副教授，从事新能源材料与器件领域教学和科研工作。截至2024年8月，主讲《材料科学与工程基础》、《储能材料与器件》等本科生课程3门，主持国家自然科学基金项目1项，主研国家自然及四川省重点研发项目等项目2项。发表高水平论文20余篇，授权四川省国家发明专利6件，获四川省科技进步二等奖等科技奖励1项。
E-mail: zhangqian@swpu.edu.cn
第一作者：肖文艳，西南石油大学材料科学与工程硕士研究生，主要从事电解海水制氢催化材料研究和钒电池电解液技术研发。
E-mail: xiao18780293769@163.com
期刊介绍
《无机材料学报》创刊于 1986 年，主要报道包括结构陶瓷材料、信息功能材料、能源与环境材料、生物材料等方面的最新研究成果 , 设有综述、研究论文和研究快报(英文)版块，目前已被SCI-E、EI、Scopus、CA、CSTPCD、CSCD、CNKI、CJCR等数据库收录，入选 “高质量科技期刊分级目录——材料科学-综合类”T1区和“无机非金属领域高质量科技期刊分级目录” T1区期刊。
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