尽管许多(氧)氢氧化物基的析氧反应（OER）电催化剂具有良好的固有活性，但很少有在阴离子交换膜水电解器（AEMWEs）中表现良好的。它们较差的电导率限制了OER仅在集流体和电催化剂之间的边界发生，导致催化剂利用率低。
2025年6月23日，华南理工大学崔志明、科廷大学邵宗平、佛山仙湖实验室蒋三平在国际期刊Advanced Materials上发表了题为《A High-entropy Antiperovskite Nitride Enables Efficient Anion Exchange Membrane Water Electrolysis》的研究论文，Jiaxi Zhang、Yuanhua Tu为论文第一作者，崔志明、邵宗平、蒋三平为论文通讯作者。
该论文提出了一种高导电性反钙钛矿氮化物作为平台，用于开发具有优异性能的AEMWEs的稳健OER电极。
通过在镍泡沫上生长，实现了高催化剂表面。在工作条件下，表面重构导致形成一层薄的金属氧氢氧化物，这层氧化物作为实际催化剂同时保护了体相氮化物免受进一步腐蚀，反过来导电反钙钛矿由于高效的电流收集有效地提高了催化剂的利用率。
通过进一步合理设计具有高熵组成的选择性溶解元素的钙钛矿型氧化物，增强了晶格氧在OER催化中的参与度，从而提高了其内在活性。
具体来说，FeZnNNiCoV的OER比低熵ZnNNiCo显示出108倍的比活性增加，并且在1Acm-2下具有持续1000h的超高稳定性。相应的AEMWE只需要1.76V的电压就能达到1Acm-2，使其在实际应用中非常有前景。
图1：高熵反钙钛矿氮化物（如FeZnNNiCoV）的设计原理，用于在大电流密度下提高阴离子交换膜水电解（AEMWE）中的析氧反应（OER）性能。
图2：a）：ZnNNiCo反钙钛矿氮化物具有连续的态密度分布，表现出良好的金属特性和导电性；b）：ZnNNiCo反钙钛矿氮化物的电导率比ZnNiCo(OH)x高出约7个数量级；c）：基于平面电极模型，分析了催化剂层电阻对OER过程中电极欧姆损失的影响；d）：电催化剂的电导率对电池性能有重要影响；e）：ZnNNiCo反钙钛矿氮化物的过电位远低于ZnNiCo(OH)x；f）：塔菲尔斜率显示，ZnNNiCo比ZnNiCo(OH)x具有更好的OER动力学；g）：双电层电容（Cdl）确定了催化剂电极的电化学比表面积（ECSA）；h）：展示了ECSA和比表面积（SBET）与电导率之间的相关性，进一步强调了电导率在提高催化剂利用率方面的重要性；i）：OER活性与电导率之间的相关性，表明高导电性的反钙钛矿氮化物能够显著提高OER性能。
图3：a）：开发的反钙钛矿氮化物（ZnNNiCo、FeZnNNiCo、FeZnNNiCoV）和对照电极的OER极化曲线；b）：不同催化剂在不同电流密度下的过电位；c）：Tafel斜率表明FeZnNNiCoV更快的OER动力学；d）：FeZnNNiCoV的性能处于领先地位；e）：FeZnNNiCoV在所有指标上均表现出最佳性能；f）：FE接近100%，说明FeZnNNiCoV具有高效的OER性能；g）：FeZnNNiCoV具有超稳定的性能；h）：FeZnNNiCoV在大电流密度下的OER稳定性与其他文献中报道的催化剂进行对比，其稳定性远超现有催化剂。
图4：a）：FeZnNNiCoV在不同OER电位下的原位拉曼光谱；b）：FeZnNNiCoV在准原位条件下的高分辨Ni 2p XPS光谱；c）：较高的M3+含量和较低的Iδ/Iυ值与更高的OER活性相关；d）：催化剂在1 M NaOD（D2O）和1 MNaOH（H2O）中的OER动力学同位素效应（KIE）；e）：在H216O中使用18O标记的FeZnNNiCoV在1.5V下不同时间的原位拉曼光谱；f）：在活性位点上具有氧缺陷的晶格氧介导机制（LOM）路径；g）：在1 MTMAOH中，FeZnNNiCoV、FeZnNNiCo和ZnNNiCo在1.5 V下的原位拉曼光谱；h）：不同材料的O 2p带中心与费米能级的关系图；i）：在NiCoFeOOH-Ovac.表面上，反应中间体在LOM路径上的吸附模式；j）：不同催化剂模型/机制的自由能图。
图5：a）：AEMWE装置的示意图；b）：对比FeZnNNiCoV和RuO2作为阳极的AEMWE的极化曲线；c）：FeZnNNiCoV使能的AEMWE在1 A cm-2的恒定电流密度下的稳定性测试结果；d）：FeZnNNiCoV在电池电压和电流密度方面均优于大多数已报道的催化剂。
该论文研究了一种高熵反钙钛矿氮化物（FeZnNNiCoV）作为阴离子交换膜水电解器（AEMWEs）中析氧反应（OER）的高效电催化剂。
通过在镍泡沫上生长这种氮化物，实现了高催化剂表面，并在运行条件下通过表面重构形成一层薄薄的金属氧氢氧化物，作为真正的催化剂，同时保护块体氮化物免受进一步腐蚀。
这一成果不仅为AEMWEs的发展提供了高性能的催化剂选择，也为利用地球丰富材料实现可持续和成本效益高的大规模氢能生产提供了新的途径，具有广阔的实际应用前景。
A High-entropy Antiperovskite Nitride Enables Efficient Anion Exchange Membrane Water Electrolysis, Advanced Materials, 2025. https://doi.org/10.1002/adma.202509042.