北京化工大学/香港城市大学/清华深研院，联手发表JACS！

高效的海水氧化反应是推进氢燃料生产的关键。其中，开发符合晶格氧机制的高效析氧反应（OER）催化剂，可以有效缓解海水电解过程中氯离子氧化副反应的不良反应，降低能耗。基于此，北京化工大学孙晓明教授和周道金副教授、香港城市大学刘彬教授以及清华大学深圳国际研究生院邝允教授（共同通讯作者）等人报道了一种Cl^–中介策略，该策略能够将镍（Ni）位点上的OER机制从吸附物演化机制（AEM）转变为晶格氧机制（LOM）。通过将高度分散的铱（Ir）负载到Ni基前驱体（如NiSe、Ni(OH)₂、NiS₂和NiSOH）上，作者利用Ir和海水中Cl^–之间强大的配位相互作用，构建了从Ni到Cl的Cl-Ir-O-Ni吸电子链，该电子链在OER过程中增强了Ni-O的原位共价，从而激活了海水中Ni位点周围的晶格氧。

因此，Cl修饰的Ir/NiOOH-Se@Cl催化剂只需要313 mV的过电位就可以达到0.5 A cm^-2的OER电流密度，与碱性条件（Ir/NiOOH-Se@OH）相比，降低了147 mV，能耗降低31.9%，并在0.5 A cm^-2下保持稳定运行500 h。本工作为调节局部晶格氧活性提供了一个新颖而有趣的概念，从而开发出用于清洁能源生产的高效氧电催化剂。

相关工作以《Lattice Oxygen Mechanism Induced on Nickel Sites by Cl^– Adsorption for Efficient Seawater Oxidation Reaction》为题发表在2025年6月4日的《Journal of the American Chemical Society》上。值得注意的是，本文的第一作者是北京化工大学2022级硕士生沙琪昊，其在2025年3月5日同样以第一作者身份发表北京化工大学2025年首篇Nature！

详细解读见：硕士一作！他，师从李亚栋/戴宏杰，博毕6年即「国家杰青」！北化工，2025年首篇Nature！

孙晓明，北京化工大学教授，国家杰青（2011），中组部万人计划领军人才（2019），科技部中青年科技创新领军人才（2018）。2000年和2005年于清华大学获学士和博士学位，导师：李亚栋院士。2008年在斯坦福大学完成博士后研究，合作导师：戴宏杰院士。回国后进入北京化工大学工作。主要从事无机纳米材料化学研究，在电解水、燃料电池和气体超浸润电极器件领域取得进展。

在20 wt%NaOH电解液中，NiOOH-Se电极的OER活性为10 mA/cm²@289 mV。当加入饱和NaCl（20 wt %NaOH+饱和NaCl）时，过电位增加到301 mV，可能是由于Cl^–中毒或活性位点的腐蚀。在负载高度分散的Ir后，Ir/NiOOH-Se电极在20 wt%NaOH电解液中表现出10 mA/cm²的过电位276 mV。当加入饱和NaCl（20 wt %NaOH+饱和NaCl）时，Ir/NiOOH-Se的活性并没有像海水中NiSe那样降低，而是以10 mA/cm²的速率提高到195 mV。

NiOOH-Se@Cl的Tafel斜率（108.37 mV/dec）略高于NiOOH-Se@OH（101.37 mV/dec），表明OER动力学较慢，可能是由于Cl^–抑制了催化活性。在负载Ir后，Ir/NiOOH-Se@OH的Tafel斜率降低至69.02 mV/dec，表明金属Ir的催化作用增强了OER动力学。在含Cl^–的电解液中，Ir/NiOOH-Se@Cl的Tafel斜率进一步降低到37.59 mV/dec，表明电解液中Cl^–的存在可有效地促进OER动力学。Ir/NiOOH-Se@Cl只需要313 mV就能达到0.5 A/cm²的OER电流密度，与Ir/NiOOH-Se@OH（460 mV）相比，提高了近147 mV，与纯碱性电解液相比，碱性海水中的能耗降低了31.9%。

图1.合成与结构表征

图2. OER性能和operando拉曼光谱测量

作者制备了负载高度分散Ir的NiSOH、NiS₂和Ni(OH)₂催化剂NiOOH-S₁、NiOOH-S₂和NiOOH，预催化剂分别称为PC-NiSOH、PC-NiS₂和PC-Ni(OH)₂，并评估了它们在两种不同电解液（1 M NaOH和1 M NaOH+0.5 M NaCl）中的OER活性。结果表明，与Ir/NiOOHS₁@OH和Ir/NiOOH-S₂@OH相比，Ir/NiOOH-S₁@Cl和Ir/NiOOH-S₂@Cl表现出更好的OER活性。Ir/NiOOH-S₁@Cl在100 mA cm⁻²时的过电位比Ir/NiOOH-S₁@OH低85 mV，与纯碱性电解质相比，碱性海水中的能耗降低了18.5%。

值得注意的是，对比其他催化剂，Ir/NiOOH@Cl对Ir/NiOOH@OH的活性改善并不明显，表明Ni基衬底的重构能力在Cl-Ir-O-Ni激活LOM的吸电子效应中起着关键作用。在相同电势下，Ir/NiOOH-Se@Cl吸附的OH*浓度几乎是，Ir/NiOOH-Se@OH的两倍，表明Ir-Cl配位可以显著增强Ni活性位点从电解液中捕获OH^–的能力，将确保快速补充由LOM产生的暴露氧空位，保证了Ir/NiOOH-Se@Cl上稳定的LOM途径来驱动OER。此外，在碱性海水电解中，基于Ir/NiOOH-Se@Cl的双电极系统在0.2 A cm^-2和0.5 A cm^-2的电流密度下可以稳定工作500 h以上，几乎没有活性下降，在碱性海水电解中排名前列，而未负载Ir的NiOOH-Se@Cl在海水环境中电解300 h后就失去活性。

图3.反应机理

图4.诱导LOM和LOM稳定性的通用策略

Lattice Oxygen Mechanism Induced on Nickel Sites by Cl^– Adsorption for Efficient Seawater Oxidation Reaction. J. Am. Chem. Soc., 2025, https://doi.org/10.1021/jacs.5c04206.