张跃院士领衔！北科大康卓Nature子刊：亚纳米尺度上揭示OER重构的氢氧化物活性相！

催化材料是清洁能量转换和碳还原反应中的关键部分，其能够促进小分子(H₂O、CO₂、N₂)向可再生燃料或化学原料(H₂、烃类、NH₃)的转化。然而，这些过程的实际应用仍然受到阳极OER反应固有的实质性能量障碍的限制，特别是其缓慢的四电子转移动力学。过渡金属基材料由于高储量和低廉的价格而极具吸引力。

一般来说，活性单元作为催化材料的主要基石(例如，尖晶石中的MO₆和MO₄，钙钛矿中的MO₆，金属元素中的M)，允许通过角/边共享堆叠构建多样化的晶体结构以及独特的表面电子态。因此，精细工程化这些单元的对称性和配位环境为开发高效、稳定的碳中和技术材料提供了关键途径。

近日，北京科技大学张跃和康卓等采用Ni(OH)₂、NiS₂、NiSe₂和NiTe等一系列Ni基化合物作为模型材料，通过原位技术系统地研究了它们的结构演化以及重构的结构中活性单元的对称性。

结果表明，重建的的NiO₆活性单元表现出亚纳米结构差异，受预催化剂依赖性键长和电子共价性的控制。这种具有亚纳米畸变的重建NiO₆的局部电荷变化使催化中间态极化，使得催化路径从吸附态演化机制(AEM)转变为氧化路径机制(OPM)和晶格氧介导机制(LOM)。因此，与Ni(OH)₂和NiTe相比，NiS₂和NiSe₂重构形成的NiOOH具有更大的结构畸变，表现出优异的活性。

性能测试结果显示，NiS₂和NiSe₂催化剂在10 mA cm^-2电流密度下电解2小时形成NiS₂-NiOOH和NiSe₂-NiOOH，它们在10 mA cm^-2处的OER过电位分别为218和249 mV，Tafel斜率分别为29.2和38.7 mV dec^-1。

此外，基于NiS₂-NiOOH阳极的碱性水电解装置仅需1.681 V的电池电压就能达到250 mA cm^-2的电流密度，并且在该电流密度下连续电解800小时也未发生明显性能下降，显示出较高的稳定性和实际大规模应用潜力。

总的来说，该项工作从构型和亚纳米尺度上研究了活性单元对称性对性能的影响，加深了对真正活性相的结构-活性相关性的理解，为探索高效材料在绿色能源领域的潜在应用提供了范例。

Updating the sub-nanometric cognition of reconstructed oxyhydroxide active phase for water oxidation. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-58424-y