2024年8月6日，武汉纺织大学国家重点实验室武明杰教授与杨应奎教授在清华大学主办的高起点新刊Nano Research Energy上发表题为“Oxygen evolution reaction performance misjudgment caused by the self-oxidation process”的最新研究文章。
随着环境污染和能源短缺问题的日益加剧，开发可持续的能源转换系统已成为未来能源解决方案的关键。其中，水电解制氢因其低成本、高效率和低污染的优势备受关注。然而，水电解过程中的析氧反应（OER）由于动力学缓慢，通常需要较高的过电位，进而对反应效率构成挑战。镍基活性材料因其优越的性能，广泛用于催化剂的导电基底。然而，在电化学测试中，镍基活性材料或基材在OER反应开始前通常会出现显著的氧化峰，且位置相近，这往往干扰了有效数据的读取。
图1.(a)在较小的设定电压间隔条件下得到的OER反应的LSV曲线；(b)多电位阶跃法避免电容充电效应或中间氧化引起非稳态电流的机理；(c)通过对多电位阶跃电流数据的拟合，比较了LSV曲线与拟合结果的OER性能；(d)在1 M KOH中，当正向电位从1.2 V变化到1.65 V时，再现材料电极的电位依赖性EIS Bode图。
由于对OER反应机制的理解不充分或测试操作不当，研究人员可能会对OER性能产生严重误判。对此，武明杰教授的研究团队深入探讨了这一现象的根本原因。研究表明，金属表面在施加电压时发生自氧化，导致电子转移和化学状态的变化，例如Ni²⁺被氧化为Ni³⁺或更高的氧化态，产生较大的氧化峰，使研究人员误以为这是OER的结果。为避免这种误判，武明杰教授的团队提出了多电位阶跃法（Multi-potential Step Method），通过逐步增加电压并在每一电压下保持一段时间，观察稳态电流，从而有效区分非稳态电流与真实的析氧反应电流（见图1）。此外，团队结合电化学阻抗谱（EIS）分析，通过高频响应特性进一步揭示了自氧化过程的影响，从而准确评估镍基催化剂的实际电化学性能。
这一研究成果对于准确评估特殊材料在电化学催化中的真实性能具有重要意义，特别是在水氧化和尿素氧化等反应中，提供了技术支持。通过这一研究方法，能够更精确地测量析氧反应的真实活性，从而为新型电催化剂的开发提供了理论依据和实验指导。
第一作者：Siyi Yang、Jian Luo
通讯作者：武明杰教授、杨应奎教授
通讯作者：武汉纺织大学
相关论文信息：
论文原文在线发表于Nano Research Energy，点击“阅读原文”查看论文
论文标题：
Electron/ion-conductive and flexible dual-functional copolymer enabled by EDOT and h2PDMS for optimized Li-ion batteries
论文网址：
https://doi.org/10.26599/NRE.2024.9120136
DOI：10.26599/NRE.2024.9120136
论文引用：
Yang S, Luo J, Xu Y, et al. Oxygen evolution reaction performance misjudgment caused by the self-oxidation process. Nano Research Energy, 2024, https://doi.org/10.26599/NRE.2024.9120136
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