近日，昆明理工大学材料科学与工程学院王劲松副教授团队在电解水制氢研究中取得了重要进展。相关研究成果以“Synergistically manipulating the d-p orbitals via interface and defect engineered CeO2 NPs@Nickel hydroxide for Enhanced Ampere-level Oxygen Evolution”为题，发表于催化领域国际顶级期刊Applied Catalysis B: Environment and Energy。

利用太阳能等可再生能源分解水制氢是实现绿色氢能经济的关键途径，也是未来氢燃料电池的重要氢源，对加速制造业绿色化转型和国家绿色发展战略具有深远意义。然而，阳极析氧反应（OER）固有的缓慢动力学严重限制了能量转换效率。目前，常见的两类OER路径包括：传统的吸附物演化机制（AEM）与晶格氧机制（LOM），其中LOM可以通过O-O直接耦合有效规避AEM中固有的尺度关系约束，被认为是提升OER活性的有效手段。增强金属-氧（M-O）共价性以提高晶格氧p带中心是激活LOM的关键，但强d-d库仑作用会导致d带中心下降，削弱对含氧中间体的吸附能力，从而造成晶格氧再生缓慢、阳离子溶解，严重影响催化剂的稳定性。因此，协同操控晶格氧和吸附氧以激活LOM并加速晶格氧的再生为实现OER活性和稳定性之间的最佳权衡提供了一条可行的途径，但仍具有挑战性。

为了应对这一挑战，王劲松副教授团队设计并合成了CeO2 NPs/D-Ni(OH)2电催化剂，实现了晶格氧p带中心和金属d带中心的协同调控。低功函数CeO2纳米粒子（CeO2 NPs）与富缺陷的Ni(OH)2（D-Ni(OH)2）形成丰富的界面结构和内建电场，促进了Ni(OH)2向高价γ-NiOOH重构，有效上移p带中心并激活LOM，从而显著提升催化活性。同时，CeO2中的高f轨道的可以提高金属d带中心，加速含氧物质的吸附和氧空位的补充，从而增强催化稳定性。因此，该催化剂在10 mA cm-2电流密度下仅需169 mV的超低过电位，并在1000 mA cm-2的高电流密度稳定运行超过300小时。这项研究为高效、耐用的OER催化剂的合理设计提供了新的思路。

昆明理工大学材料学院为论文的第一完成单位，王劲松副教授和李志山老师为论文通讯作者，材料学院2022级硕士研究生王向岭为第一作者。研究工作得到了国家自然科学基金和云南省优秀青年基金等项目的支持。

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337325009798