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1研究背景
随着全球变暖和化石能源的不可持续性，人类迫切需要改变生活方式，寻求非污染、可持续的低碳绿色能源。氢能因其高能量密度、可持续性、低成本和环保特性，被认为是替代不可再生能源的最具潜力的能源。目前，利用可再生能源进行电化学水分解是生产高纯度氢气的关键途径，主要包括阴极氢进化反应（HER）和阳极氧进化反应（OER）。其中，OER因其高过电位和由多重电子转移引起的缓慢动力学，成为水分解的瓶颈。幸运的是，研究人员发现过渡金属（如Ni、Fe、Co）氧化物显示出与商业RuO2相当的卓越催化活性。然而，大多数当前研究仍停留在提高OER性能的水平上，对OER电催化剂的寿命关注甚少，这对于面向工业大规模应用来说非常重要。因此，开发具有高活性和高耐久性的OER电催化剂具有重要意义。。
2成果简介
在这项研究中，研究人员通过简单的水热法促进了NiFe基催化表面的原位重构，通过有意识地介入碱溶性V源和微量Fe3+来控制后续电腐蚀激活过程中钒酸根离子（VO43−）的溶解度。原始的NVO层转化为掺杂Fe和富含氧空位的NiOOH（记为aFe-NVO或OV-γ-NiFeOOH-VO43−）。Fe3+/VO43−离子对的配位实现了富含缺陷的NiFe基材料的可控和原位重构。不出所料，aFe-NVO展现出卓越的性能和稳定性，仅需340 mV的小过电位即可在工业OER电流密度1000 mA cm−2下工作。此外，它能够在1000 mA cm−2的电流密度下至少维持100小时的稳定运行，且波动微小。系统实验和DFT计算表明，微量掺杂Fe、VO43−的浸出-再吸附以及氧空位的三重共存调节了电子结构，促进了含氧中间体的吸附和稳定，特别是*O，实现了OER性能和耐久性的同步提升。此外，自组装的AEMWE（aFe-NVO// Pt网）能够在1000 mA cm−2的高电流密度下稳定运行100小时。因此，这项工作为理解电解液中高价金属氧化物（VO43−）对OER活性和稳定性的影响提供了新见解，而微量可控Fe3+和VO43−之间的协同关系使NiFe基材料成为工业应用的关键一步，为设计具有高活性和强耐久性的OER电催化剂开辟了新的可能性。3图文导读
图1 aFe-NVO的XRD图案和拉曼光谱，显示了经过腐蚀活化（CA）后形成的γ-NiOOH的特征峰。图2 NVO系列样品在SCA前后的XPS光谱，显示了Ni、V、O和Fe元素的表面电子状态。图3 NVO、a-NVO、aFeVO4-NVO、aFe-NVO、NF和RuO2/NF的OER电催化活性测试结果，包括LSV曲线、Tafel斜率、过电位比较、双电层电容Cdl值、Nyquist图和长期稳定性测试。图4 NVO重构过程的示意图，展示了由于VO43−的浸出-再吸附、微量Fe掺杂和催化表面的重构，形成了富含氧空位的aFe-NVO（OV-γ-NiFeOOH-VO43−）。图5 AEMWE单电池测试的配置图和性能测试结果，展示了aFe-NVO作为阳极时的极化曲线和长期稳定性。图6 DFT计算结果，包括氧空位形成能、OER吉布斯自由能图、投影态密度（PDOS）和电荷密度差图，揭示了Fe掺杂和VO43−浸出-再吸附对OER性能的积极影响 4小结
本研究通过简单的水热-后续腐蚀激活方法，实现了NVO表面的微量Fe掺杂和VO43−的浸出-再吸附的深入原位电化学重构，制备了富含氧空位的aFe-NVO（OV-γ-NiFeOOH-VO43−）。电解液中仅3 ppm的溶解VO43−和约1 ppm的额外Fe3+就能使NVO展现出卓越的OER活性，伴随着低过电位340 mV、在1000 mA cm−2电流密度下的Tafel斜率为56.7 mV dec−1，以及优异的稳定性。一系列物理表征和DFT计算表明，这两种微量离子的存在不仅合理调节了氧空位的浓度，而且促进了OH−的扩散和吸附，从而降低了RDS中*O中间体的吸附能垒，加快了OER反应。当aFe-NVO与Pt网耦合在AEM电池中时，它在1.95 V的电池电压下达到了1000 mA cm−2的电流密度。这项工作通过高价金属氧化物的浸出-再吸附和微量Fe掺杂，成功制备了高活性和稳定的NiFe基OER催化剂。这种简单且可扩展的策略为OER电催化剂的工业应用提供了新的可能性。文献：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157263
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