中山大学ACS Catal.: Fe-PA修饰Ni-MnO2，实现大电流下持久海水氧化

由可再生电源驱动的海水电解不仅是一种实际可行的生产绿色氢(H₂)的方法，而且可以缓解日益加剧的淡水短缺问题。然而，建立海水电解槽面临着许多未解决的挑战。

首先，阳极OER反应包含多个质子偶合电子转移(PCET)步骤，反应动力学缓慢，驱动反应进行需要高能垒；其次，在天然海水中氯离子(Cl^–)浓度约0.5 M的条件下，竞争性氯氧化反应(ClOR)将在阳极侧被触发，特别是在工业高电流密度(≥500 mA cm^-2)下，导致电解效率下降；第三，高浓度的腐蚀性Cl^–会腐蚀电极，而且由于海水中存在微生物/细菌和Mg²⁺/Ca²⁺会堵塞催化活性位点，从而限制了长期耐用性。在这种情况下，开发具有特殊活性、选择性和耐用性的OER电催化剂用于实际海水电解具有重要意义。

近日，中山大学李萍课题组开发了一种独特的NF/Ni-MnO₂@FePA电极，它由泡沫Ni负载的富缺陷Ni-MnO₂超薄纳米片阵列组成，同时该阵列上生长有Fe-PA复合物。NF/Ni-MnO₂@FePA可以通过简单的水热步骤方便地制备，然后进行界面强配位组装。

实验和理论研究表明，富缺陷Ni-MnO₂和Fe-PA复合物表面修饰可以协同调节电子结构，促进*OH脱质子，加速OER动力学。同时，这种二维超薄纳米片阵列可以提供丰富的可及活性位点，Fe-PA复合物赋予电极超亲水和准超疏空的特性。这种超润湿性能将有利于电解质的平滑扩散和氧气泡的滑动，从而改善质量传递。

更重要的是，由内在抗腐蚀性δ-MnO₂和Fe-PA组成的多层结构可以共同提高电极在海水中的耐腐蚀性能。因此，NF/Ni-MnO₂@FePA表现出卓越的OER性能，只需要275和280 mV的超低过电位就能在碱性模拟海水和天然海水中分别达到100 mA cm^-2的电流密度。

此外，在天然海水中，NF/Ni-MnO₂@FePA仅需330 mV的OER过电位就可以驱动500 mA cm^-2的工业级电流密度，并且耐用性超过125小时，突出了其在商业部署中的潜力。

综上，这项工作利用几何和电子结构工程开发出一种高性能OER阳极，为构建具有优异的活性、突出的选择性和强海水电解耐腐蚀性的电催化剂提供了指导。

Defect-rich birnessite ultrathin nanosheet array armed with Fe-phytate complex enables boosted and long-lasting seawater oxidation at industrial-level current density. ACS Catalysis, 2025. DOI: 10.1021/acscatal.5c00581