氢能，作为未来能源结构的基石，因其清洁和可持续性而备受关注。水电解制氢是一种理想的氢气生产方法，但传统上依赖于高纯度水的使用。海水作为地球上最丰富的水源，其直接用于电解制氢的潜力巨大，但海水中的氯离子对电极材料的腐蚀性构成了技术挑战。氧气发展反应（OER）本身动力学缓慢，加之氯离子引发的腐蚀问题，导致电解效率受限。尽管针对3d过渡金属基OER催化剂的研究已取得进展，但在含氯离子的海水电解质中，这些催化剂的稳定性和活性仍面临挑战。钼（Mo）因其出色的耐蚀性和在不锈钢制造中的广泛应用，为提高催化剂的耐蚀性和OER活性提供了新思路。然而，钼在海水电解中的具体作用和提高催化活性的机制尚待深入探索。
2024年，海南大学教授邓意达、副教授李纪红与天津大学研究员韩晓鹏等在知名国际期刊Advanced Energy Materials上发表题为“In Situ Generation of Molybdate-Modulated Nickel-Iron Oxide Electrodes with High Corrosion Resistance for Efficient Seawater Electrolysis”的论文。本研究成功开发了一种新型的海水电解电极材料，即通过快速简便的热冲击方法制备的钼酸根（MoO4^2−）改性的镍铁氧化物电极。该材料在海水电解中的氧气发展反应（OER）表现出高活性和卓越的耐久性。实验分析和理论计算结果表明，电极表面原位生成的MoO4^2−能够调节并稳定催化活性相γ-(Ni, Fe)OOH，从而提高OER的催化性能。同时，MoO4^2−在保护电极免受氯离子（Cl^−）腐蚀、延长使用寿命方面发挥了关键作用。该催化剂在100 mA cm^−2的电流密度下，长期操作（超过1500小时）的降解速率仅为20 µV h^−1，显示出极高的稳定性。此项工作不仅为设计含氧阴离子改性催化剂提供了新的视角，而且为应对海水电解中存在的挑战提供了一种潜在的解决方案，有望广泛应用于实际的海水电解制氢过程。
高效的海水电解制氧电极: 通过热冲击法制备的 NiMoFe/NM 电极在碱性海水模拟溶液中表现出优异的析氧反应 (OER) 活性，在 10 mA cm-2 电流密度下仅需 241 mV 的过电位。
独特的抗腐蚀策略: 电极表面原位生成的钼酸根 (MoO4 2-) 物种可以调节和稳定催化活性相 𝛾-(Ni, Fe)OOH，并有效减少氯离子 (Cl-) 的吸附，从而提高电极的耐腐蚀性。
优异的稳定性: NiMoFe/NM 电极在模拟海水和真实海水中均表现出优异的稳定性，在 100 mA cm-2 电流密度下分别稳定运行超过 1500 小时和 550 小时，优于大多数已报道的过渡金属基催化剂。
深入的理论计算: 密度泛函理论 (DFT) 计算揭示了 MoO4 2- 如何通过优化活性位点的电子结构和减少 OER 中间体的吸附强度来提高 OER 活性。
实际应用潜力: 该研究为海水电解提供了高效且稳定的 OER 催化剂，并为设计氧阴离子修饰催化剂提供了新的思路，具有重要的实际应用潜力。
总之，该研究提出了一种新型的 MoO4 2- 调节镍铁氧化物电极 (NiMoFe/NM) 用于海水电解制氧。该电极通过快速热冲击法制备，在碱性海水模拟溶液中表现出优异的 OER 活性和稳定性。研究发现，电极表面原位生成的 MoO4 2- 物种可以调节和稳定催化活性相 𝛾-(Ni, Fe)OOH，并有效减少氯离子 (Cl-) 的吸附，从而提高电极的耐腐蚀性。DFT 计算揭示了 MoO4 2- 物种如何通过优化活性位点的电子结构和减少 OER 中间体的吸附强度来提高 OER 活性。该研究为海水电解提供了高效且稳定的 OER 催化剂，并为设计氧阴离子修饰催化剂提供了新的思路，具有重要的实际应用潜力。
文献信息：In Situ Generation of Molybdate‐Modulated Nickel‐Iron Oxide Electrodes with High Corrosion Resistance for Efficient Seawater Electrolysis. Li Shao; Xindi Han; Lei Shi; Tongzhou Wang; Yusheng Zhang; Zhiqi Jiang; Zexiang Yin; Xuerong Zheng; Jihong Li; Xiaopeng Han; Yida Deng. ISSN: 1614-6832 , 1614-6840; DOI: 10.1002/aenm.202303261. Advanced energy materials., 2024, Vol.14(4)
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