高效稳定的析氧反应(OER)电催化剂的合理设计对于开发高效的能源转换设备具有重要意义，因此需要深入研究复杂的OER机理。OER机制涉及两个主要途径：吸附质演化机制(AEM)和晶格氧机制(LOM)。在AEM中，OER活性与反应中间体的吸附能有关，但它们的标度关系限制了反应性能的提升。对于LOM机制，晶格氧原子直接参与了氧-氧耦合，这可以打破标度关系，降低理论过电位。然而，活性晶格氧的直接参与可能使催化剂表面结构不稳定，导致催化中心的崩溃和活性的降低。开发遵循LOM的高效、稳定的OER催化剂具有实际意义，但这仍然是一个巨大的挑战。
自适应催化剂能够在反应过程中动态调整其表面结构和活性中心，适应不同的反应条件和反应中间体，最终提高催化剂的稳定性和活性。
受此启发，清华大学王训、刘清达和肖海等合成了超细Zn掺杂NiMoO4亚纳米线(Zn-NiMoO4 SNWs)作为预催化剂，并通过电化学活化将其转化为Zn掺杂NiOOH (Zn-NiOOH SNWs)，其能够高效、稳定催化OER。通过结合原位拉曼光谱学、原位18O同位素标记、DEMS测量和电化学测试，研究人员系统地揭示了在OER过程中Zn-NiMoO4 SNW的动态结构重建及其潜在的反应机制。
研究结果表明，Zn掺杂诱导了NiOOH SNW的OER机制从AEM向LOM的转变，显著提升了反应活性。此外，理论计算表明，掺杂的Zn原子在OER过程中动态调整配位结构，自适应地调节与不同反应中间体的相互作用，从而大大提高了NiOOH SNWs的稳定性和活性。
此外，亚纳米线结构有助于进一步稳定NiOOH中的晶格氧，从而大大减少结构的溶解。性能测试结果显示，Zn-NiOOH SNWs在10 mA cm-2电流密度下的OER过电位仅为179 mV，并且表现出优异的晶格氧稳定性(在200 mA cm-2的电流密度下连续稳定运行800小时)，优于大多数文献报道的碱性晶格氧OER催化剂。
更重要的是，采用Zn-NiOOH SNWs和Pt/C组装的碱性水电解槽仅需1.67 V的电池电压就能达到500 mA cm-2，并且该电解槽能够在200 mA cm-2下稳定运行500小时，这突出了Zn-NiOOH SNW在碱性介质中的特殊水分解性能。
综上，将自适应过程集成到催化剂的设计中，为解决OER反应的低效率和不稳定性提供了一种有前途的方法。
Activating and stabilizing lattice oxygen via self-adaptive Zn–NiOOH sub-nanowires for oxygen evolution reaction. Journal of the American Chemical Society, 2024. DOI: 10.1021/jacs.4c09931
