众所周知，现在碱水电解商用的阳极OER材料是：Ni编织网热喷涂雷尼镍粉形成的电极。雷尼镍是由Ni-Al、Ni-Zn等合金组成，在碱性电解液和活化过程中Al、Zn金属溶解，形成的多孔镍电极。
而实验室研发的催化剂，尤其是包含Ni Fe Co等过渡金属的自支撑材料，OER性能大都要好于雷尼镍电极，为什么这些材料没有被开发商用呢？
工程师回答说：“实验室测试条件通常是室温、1M KOH，测出来性能好的材料，我们在工业测试中也试过，可是一旦放在工业测试80℃、30 wt% KOH中，高温、浓碱、强制循环的环境下，电极很快就坏了”。
而安全稳定长周期工作，是工业生产最看重的。
商用电极注重性价比，性价比不仅包括材料的制备成本，还有生产单位体积氢气的能耗，以及人工、运维成本，而非单纯一个性能指标。
首先，合成成本方面，实验室合成的材料，比如含有贵金属、工艺复杂的，生产成本较高，不利于规模化制备。
其次，在能耗和运维方面更看重稳定性，即使材料初期性能很好，但如果性能衰减很快，相应地能耗会增高，增加的电压会给系统带来更多负担，甚至引发安全隐患，需要停掉拆卸检修、重启。误工费、人工费、启停造成的材料逆电流损耗等等，代价更高。
所以对电解制氢厂商来说，安全稳定长周期运行是最重要的。而目前能做到的，经过市场检验的，就只有雷尼镍而已。
为什么只有雷尼镍能在工况碱水电解下稳定，其他的材料很难做到呢？以下是我的一点思考。
我认为工况碱水测试的稳定性与材料的组分和形貌有密切关系。
雷尼镍的组分是Ni-Al合金，在强碱条件下，Al金属溶解形成多孔的Ni金属，Ni在反应过程中表面会生成NiO、Ni(OH)2、NiOOH等，这些物质不会继续溶解，所以整个骨架是基本保持稳定的，同时多孔结构还能增大反应活性面积、促进气体扩散。
但对于实验室合成的性能好的OER材料来说，例如很多包含Ni、Fe、Co、Mo、W等二元甚至多元的过渡金属，这些材料即使合成出来是均相结构，但在强碱测试条件下，各个金属的氧化程度不同、与OH-结合强度不同，会渐渐出现相分离，分离后的单独两相的OER性能，很可能会低于均相结构的OER性能。
比如NiFe双金属氢氧化物，在强碱测试条件下形成Ni(OH)2/NiOOH和Fe(OH)3/FeOOH混相，单独的Ni(OH)2/NiOOH和Fe(OH)3/FeOOH性能都差于均相的NiFe双金属氢氧化物，分析其原因是，均相结构中不同原子之间的协同效应，从原子尺度上协同优化了两者的电子结构，促进电荷转移。分离严重的情况下还会脱落，影响骨架稳定，这是其一。
其二，其他的一些过渡金属比如Mo、W、Cr等在强碱性氧化条件下，会生成钼酸根、钨酸根、铬酸根等可溶性的含氧酸根离子，在强制循环的条件下，从材料中脱离溶解在溶液中，引起骨架坍塌，稳定性下降。
为什么雷尼镍中同样也会发生金属Zn、Al的脱溶的情况，但不影响稳定性，而实验室合成的其他金属脱溶稳定性却不能保持呢？
我推测这跟材料的形貌或者说厚度有很大关系，厚度代表了材料的刚性程度。举个例子，我在一块钢板上打一些洞，放到十级大风里吹啊吹，推测这块钢板能扛过大风；但如果我把一块丝绸打一些洞，同样放到大风里吹啊吹，可以想象这块丝绸很快就被风摧残了。即使没有破洞，丝绸也很难扛造。
而我们实验室合成的材料，就像这些丝绸一样。绝大多数性能好的材料都有一个特点是：超薄纳米结构。更薄的材料意味着单位几何面积下暴露更多的活性面积/位点，另外，薄片结构所产生的不饱和配位优化中间体吸附，增加了材料的本征活性，所产生的不饱和配位加快电荷离域，增加导电性，这些都是性能好的原因。体现在性能上的优势，在稳定性上就表现出了劣势。
用于商用雷尼镍电极的雷尼镍粉末粒径在微米量级，经过调浆热喷涂之后，基本可以视为与镍网基底粘附到一起，粘附在镍网电极上的厚度为几十到几百微米，此时堆叠在一起的催化剂表面颗粒的粒径更大。
图为保时来公司生产的BLS系列Raney nickel电极实物及SEM图
而实验室合成在自支撑材料上的NiFe基材料来说，这些纳米片的厚度约为几十纳米到几百纳米，性能好的甚至在几纳米范围。
从很多文献中也可以看到，原本明显的纳米片结构，在电催化反应或稳定性测试之后呈现出坍塌的岛状结构，而这种情况在高温、浓碱作用下会更严重。
这种结构的转变一方面会减少电化学反应面积，性能/稳定性会发生很快的衰减；另一方面，原本有利的传质扩散结构没有了，气泡的不利扩散不仅会影响电解液接触，而且大气泡带来的表面张力会进一步影响结构稳定性，最终有可能就是一边溶解剥落、一边坍缩，导致这种薄层结构不耐强碱测试稳定性。
有条件的可以做一个结构——稳定性的验证实验：
实验可以测出电极在工况下反应10 h、100 h、1000 h后的稳定性曲线，与电极表面形貌对比，观察材料结构稳定性关系。工况下性能是否下降？表面形貌是否维持？纳米结构是否部分消失或坍塌成岛状结构？
同时，为了排除实验室合成的材料中Fe的脱溶造成的稳定性恶化，可以合成只含Ni的电极材料，保持近似的纳米片厚度。同样工况反应下，观察10 h、100 h以后材料表面形貌、性能稳定性如何。来验证材料组分和形貌对工况下电催化稳定性的影响。
总结一下：
实验室测出来OER性能好的材料，没能商用的根本原因在于长周期稳定性没有达到要求。
第一：复杂多样的合成元素在高温浓碱的工业测试条件下，很可能会发生相分离、脱溶、结构坍塌。
第二：实验室合成的材料大多为纳米结构，尤其是纳米片结构，很薄，这样暴露出反应面积更多、活性更好，但越薄的结构在高温浓碱的工业测试条件下耐受性越差，发生溶解、剥落、结构坍塌。
反观之下，雷尼镍电极相对纯净的元素、以及刚性的结构在高温浓碱的工业测试条件下，就比较能够保持稳定，基本运行时间在50年以上，目前很难被替代。
以上内容仅代表我个人的一些观点，还需要进一步实验验证，欢迎各方学者批评指正，交流讨论。我微信：18675601215（容容）
最后也引发另一个思考，实验室高性能OER催化剂的研究虽然具有科学价值，但如果研究的最终目的是为了开发商用催化剂，无法用作商业催化剂的实验，还能做多久？
