近日，昆明理工大学材料科学与工程学院易健宏教授、王劲松副教授团队在电解水制氢研究方面领域取得了重要进展。相关研究成果以《Dynamic Trade-Off of Electronic Structure to Activate and Stabilize Lattice Oxygen via Ceδ+-O/Co-Fe Hydroxide Interface for Industrial level Water Oxidation》为题，发表于能源领域国际顶级期刊Energy & Environmental Science（IF=32.4）上。

阴离子交换膜水电解（AEMWE）由于允许采用不含铂族金属（PGM）材料的催化剂，同时保留了质子交换膜水电解槽（PEMWE）的优点被认为是可持续能源经济的关键技术。在阴离子交换膜水电解槽（AEMWEs）的阳极侧，析氧反应（OER）是一个涉及多步电子转移的复杂过程，其缓慢的反应动力学会导致较低的水电解制氢效率。一般来说，OER反应机制常遵循吸附演化机制（AEM）和晶格氧机制（LOM）。其中，AEM因*OH与*OOH中间体的线性相关吸附强度关系而动力学缓慢，并且存在最小的理论过电位为~0.37 V。LOM可以通过直接O-O耦合克服这一瓶颈，提供更好的OER活性，然而，晶格氧过度逸出会导致结构不稳定。因此，激活和维持LOM 机制对于设计下一代应用于实际的AEMWEs中的高效 OER 催化剂至关重要。

鉴于此，昆明理工大学材料科学与工程学院易健宏教授和王劲松副教授团队，聚焦异质结催化剂中不同组分在OER过程中的功函数动态变化，巧妙利用OER相变过程，提出采用异质结构动态平衡电子结构以激活和维持晶格氧稳定性。本工作利用CeO2合理的费米能级位置和 Ceδ+ 的灵活氧化还原态，将CeO2作为电子缓冲剂在OER过程中动态调节电催化剂的电子结构。具体而言，在 OER 开始阶段，费米能级较低的CeO2加速Fe-Co(OH)₂表面重构为活性相 Co(IV)-Ox，高价态Co的形成可以提高晶格氧2p轨道中心，从而触发晶格氧的释放。同时，相变形成的 Co(IV)-Ox相较于CeO2具有更低的费米能级，可以从CeO2 中捕获电子，以维持在高偏压下Co的化学价态稳定。通过电子在Co²⁺→Ce³⁺/⁴⁺和 Ce³⁺/⁴⁺→Co³⁺/⁴⁺的来回穿梭实现激活并稳定晶格氧，从而协同提高催化剂本征活性和稳定性。实验所制备的CeO₂/Fe-Co(OH)2在10和1000 mA cm-2下表现出的过电压低至189和346 mV，并且1000 mA cm-2可持续稳定800小时。此外，在实际的AEMWEs中，该催化剂能稳定运行1600小时，为设计高效稳定的OER催化剂提供了一种有效的策略。

昆明理工大学为论文的第一单位，易健宏教授、王劲松副教授和云南开放大学唐语博士为通讯作者，材料学院李智敏博士为第一作者。该研究成果得到了国家自然科学基金、云南省优秀青年等项目的资助。

全文链接：https://doi.org/10.1039/D5EE01330E