将可再生能源通过电解水技术转化为氢能的形式进行存储应用，对加速制造业绿色化转型具有重要意义。然而电解水反应中的一个重要的半反应-析氧反应(OER)是一个四电子过程，涉及多个中间基团(*OH，*O，*OOH)的吸/脱附，需要较高的过电势，严重限制了能源转换效率，探索高活性、高稳定性的OER电催化剂是提高能量转换效率的关键。目前，OER普遍遵循四电子转移过程的吸附演化机制(AEM)，其中间基团吸附能存在线型标度关系，导致OER存在一个难以消除最低过电势370 mV。而近期报道的晶格氧机制（LOM）可以突破这一限制，但从热力学角度来看，LOM涉及到表面晶格氧参与反应，这可能导致催化剂不稳定。通过合理调控OER机理来设计具有高活性和稳定性的电催化剂是目前研究的重点。

近日，昆明理工大学材料科学与工程学院张正富、王劲松在电解水制氢研究方面取得重要进展，相关工作以“Coupling adsorbed evolution and lattice oxygen mechanism in Fe-Co(OH)₂/Fe₂O₃ heterostructure for Enhanced Electrochemical Water Oxidatio”、“Multisite synergistic-modulating elementary steps for efficient alkaline hydrogen evolution via NiCu/NiMoOx nanocomposites”、“Metal-organic framework-derived S-NiFe PBA coupled with NiFe layered double hydroxides as Mott-Schottky electrocatalysts for efficient alkaline oxygen evolution reaction”。分别在Advanced Functional Materials、Journal of Materials Chemistry A和Chemical Engineering Journal上发表。该研究通过将遵循AEM机制的Fe-Co(OH)₂和LOM机制的Fe₂O₃组合构建Fe-Co(OH)₂/Fe₂O₃异质结构。通过DFT理论计算，电化学探针实验，以及原位Raman证实：利用界面间的电荷转移、电子结构调制和多组分效应，可以协同优化中间态吸附能和OER反应路径，打破传统AEM线型关系约束，理论过电势得到明显降低。进一步电化学性能测试表明：在碱性电解质中，Fe-Co(OH)₂/Fe₂O₃在10 mA/cm²过电压低至219 mV，同时展现出优异的稳定性，在100 mA cm⁻²下连续反应100小时后，材料表面未发生破坏。总的来说，该项为合理设计开发非贵金属基催化剂结构中不同相间的协同作用提供了新的思路。

图示：界面多组分协同优化OER反应路径

昆明理工大学为文章主要完成单位，材料学院21级硕士研究生辛思思和20级本科生李海瑶为论文第一作者，王劲松副教授为论文的通讯作者，并得到了云南师范大学和皇家墨尔本理工大学等单位研究人员的支持；相关研究获得了国家自然科学基金、云南省自然科学基金等项目的支持。

论文链接：

AFM: https://doi.org/10.1002/adfm.202305243

JMCA: https://doi.org/10.1039/D3TA03942K

CEJ: https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144827

王劲松供稿

2023.9.4