OER 电催化剂研究进展

为充分彰显 AEM 电解技术低成本的优势，开发非贵金属催化剂对降低 AEM 电解技术的成本至关重要。近年来，对弱碱性条件下水电解 OER 过渡金属催化剂进行了广泛的开发，这些材料主要集中于第一过渡系金属，如镍（Ni）、钴（Co）、铁（Fe）和铜（Cu），以及第二过渡系金属钼（Mo）。其中 Ni 基 OER 在碱性条件下表现出较好的活性与稳定性，被广泛用作 OER 电催化剂，Fe 由于高亲氧性，具有吸附 OH− 物质的倾向，通常作为 OER 动力学的促进剂，大量研究表明，NiFe 基电催化剂具有较高的本征活性和较低的中间吸附能垒，在弱碱性水电解 OER 中具有广阔的应用前景。此外，Co 由于成本较低，在氧化反应区域具有抗氧化性，与 Ni 基OER 电催化剂一样，也被用作贵金属替代品。与表现出优异 OER 性能的 NiFe 基催化剂类似，将 Fe 与Co 一起引入以形成 CoFe 基催化剂也表现出良好的OER 活性。

基于上述的金属元素分析，现阶段对OER 非贵金属基电催化剂的研究按组分分为以下四方面。
①过渡金属氧化物，非贵金属基过渡金属氧化物因其成本低廉、原料丰富、活性高、性能稳定而被广泛用作 OER 电催化剂。可通过优化尺寸和表面积、结构调整来降低其过电位，例如采用尖晶石和钙钛矿结构。
②合金电催化剂，多元合金可克服单一非贵金属电催化剂产生的高过电势，通过合金化和改变表面电子结构可最大限度提高活性。
③氢氧化物电催化剂，由于其低成本、高比表面积和独特的电子分布，被认为是析氧反应中最好的电催化剂之一。用于 OER 的典型电催化剂包括Ni(OH)2、Co(OH)2、NiFe-LDH 和 NiFeOOH 等。
④过渡金属磷化物，与其他材料相比，磷化物很容易产生多种结构，表现出独特的物理化学性能，特别是具有强导电性和极强的耐腐蚀性。

总之，目前备受关注的 NiFe 催化剂（层状双氢氧化物/氧化物）以及 Ni 基或 Cu/Co 混合的尖晶石型、钙钛矿型氧化物仍然是 AEM 电解中最具潜力的非贵金属基催化剂。另外，进一步研究 OER 机理，从机理层面对开发高性能的非贵金属基 OER 催化剂至关重要。目前，从机理层面提升催化剂性能的研究主要集中于催化剂表面重构与晶格氧化机制两方面。表面重构能带来更活跃的表面结构，有利于提升 OER 过程活性。晶格氧化机制不受 OH*、OOH* 吸附能比例关系的影响，由于打破线性比例关系有实现高活性的可能性，可基于晶格氧化机制设计更高效的OER 电催化剂。

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