析氧反应(OER)是水分解生产可再生氢气过程中的关键半反应。本质上，OER过程伴随着四质子偶联的电化学反应，通常导致反应动力学缓慢和电化学性能差。在过去的几十年中，大量的研究致力于OER电催化剂的改进，旨在优化复杂的四电子转移反应途径。近年来，NiFe基催化剂(例如(氧)氢氧化物、合金、配位聚合物、氮化物、硫化物和碳化物)较高的储量和具有一定OER活性而引起了广泛的关注。
然而，它们的OER性能仍然低于预期，这是由于与速率控制步骤(RDS)相关的能垒较高。因此，寻找克服RDS能垒的有效途径，进一步提高NiFe基OER电催化剂的性能仍是当务之急。
近日，武汉大学罗威、武汉纺织大学姚娜和包海峰等采用电沉积法成功地制备了一种新型的NiFeM (M=Mo，La)电催化剂，并研究了其电催化OER性能。实验结果表明，与NiFeMo相比，NiFeLa催化剂具有较高的OER性能，其在10 mA cm-2电流密度下的OER过电位仅为190 mV，并且能够在100 mA cm-2电流密度下连续稳定运行超600小时。
此外，以NiFeLa为阳极催化剂组装的阴离子交换膜水电解槽(AEMWE)仅需1.83 V的电池电压就能达到在1 A cm-2的电流密度，并且其能够在1 A cm-2下稳定运行600小时，超过了商业RuO2和大多数报道的过渡金属基催化剂。
系统的表征和理论计算表明，La原子的引入破坏了Ni-Fe单元的对称性，构建了3d-5d轨道耦合的Ni/Fe-M非对称几何结构，导致催化剂表面金属位点与含氧中间体之间的d-p杂化轨道优化，并促进了氧中间体的电子转移和吸附，即NiFeLa中错配的5d轨道耦合增强了*OOH的吸附强度，有利于降低速率控制步骤(RDS)(*O→*OOH)，增强OER反应活性。
总的来说，该项工作通过d轨道杂化诱导的电子调节策略，为NiFe基催化剂在商用AEMWE系统中的实际应用提供了一种可行的解决方案。
Boosting oxygen evolution reaction performance on NiFe-based catalysts through d-orbital hybridization. Nano-Micro Letters, 2024. DOI: 10.1007/s40820-024-01528-9
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