石河子大学化学化工学院于锋/冯超在《Science China Chemistry》期刊发表电催化领域重要研究成果：耐氯腐蚀的高性能OER电催化剂实现绿色海水电解

 近日，我校化学化工学院于锋教授、冯超副教授在《Science China Chemistry》期刊上发表海水电解领域的重要研究成果。论文第一作者是石河子大学化学化工学院硕士研究生杨维霞、谢宝鸿，通讯作者是冯超副教授、于锋教授。

 1. 全文速览

 直接电解海水制氢可有效避免对淡水资源的依赖，具备重要的研究价值。但氯离子（Cl⁻）诱发的腐蚀类副反应，会显著制约海水电解过程的催化效率与长期运行稳定性。为解决这一关键问题，我校化学化工学院于锋教授和冯超副教授有效利用工业副产物SiCl₄，通过快速刻蚀技术成功制备了具有球形“铠甲”结构的Si-NiFeOOH/NF作为高效抗氯腐蚀的海水电解阳极催化剂。机理研究结果表明，Si的引入显著降低了速率决定步骤能垒，同时增加了Cl⁻的迁移能垒，有效抑制了Cl⁻的吸附和腐蚀，协同提高了其OER活性和抗氯腐蚀能力。该催化剂在碱性纯水、模拟海水及碱性真实海水中均表现出优异的OER活性。在双电极淡水/海水系统中，达到100 mA cm^-2的电流密度仅需1.76 V/1.84 V，且耐久性超过140 h。此外，阴离子交换膜水电解系统（AEMWE）的测试结果进一步证实了其实际应用的可行性（在1000 mA cm^-2下稳定大于50 h）。该研究成果为OER电催化剂在海水介质中的防腐设计和规模化应用提供了必要的技术支持。

 2. 本文亮点

 （1）采用快速蚀刻工艺制备了一种具备球形“铠甲”结构的阳极电催化剂Si-NiFeOOH/NF，不仅实现了工业副产物SiCl₄的资源化利用，也为设计用于海水电解的抗氯腐蚀OER阳极催化剂提供了一种绿色并且可扩展的策略。

 （2）Si的引入显著调节了NiFeOOH的电子结构，构筑了必要的物理阻隔层，有效地抑制了Cl⁻在活性位点表面的吸附，同时增加了Cl⁻的迁移能垒，协同提高了OER活性和抗氯腐蚀能力。

 （3）通过原位光谱与理论计算的深度耦合，本工作从反应路径、中间体吸附行为、电子结构调控以及抗Cl⁻腐蚀机制等多个维度，系统阐明了Si-NiFeOOH/NF在海水电解中实现OER活性与耐久性协同增强的内在机制。

3. 总结与展望

 该研究以海水中阳极OER电催化剂的实际应用需求为牵引，采用简单的液相刻蚀技术成功制备了具有球形“铠甲”结构的Si-NiFeOOH/NF作为海水电解的高效阳极催化剂。合成过程不仅兼具了绿色高效与工业适配性，还同时实现了工业副产物SiCl₄的资源化利用。通过可控的硅掺杂策略，不仅有效调控了Si-NiFeOOH/NF的电子结构，优化了其OER活性，还原位构筑了发挥“铠甲效应”的球形“铠甲”结构作为有效的物理阻隔层，显著提升了电极的耐氯腐蚀特性。机理分析结果证实了硅掺杂不仅降低了反应决速步能垒，还有效抑制了Cl⁻在电极表面的吸附，同时提高了Cl⁻的迁移势垒，协同增强了Si-NiFeOOH/NF的OER活性与抗氯腐蚀能力。此外，在双电极全解淡水/海水体系中，Si-NiFeOOH/NF仅需1.76 V/1.84 V即可达到100 mA cm^-2的电流密度，并展现出了优异的耐久性。将Si-NiFeOOH/NF集成至器件并构建AEMWE后，更是展现出了高电流密度下工业级应用的潜力（1000 mA cm^-2下稳定运行超过50 h）。本研究不仅实现了工业副产物SiCl₄的高效资源化利用，而且为在多种类含氯介质中阳极OER抗腐蚀电催化剂的设计与工业级应用提供了优化方案与实验基础。

                    （图文：冯超，于锋；初审：张海洋；复审：刘平；终审：徐炜杰）