海水电解作为一种可行的绿色氢生产策略已受到广泛关注。然而，海水中高浓度的Cl–(约0.5 M)可能导致严重的竞争性析氯反应(ClOR)和阳极腐蚀，这对海水电解的实际实施构成了障碍。先前的研究表明，如果催化剂的OER过电位保持在480 mV以下，则可以在碱性海水中抑制ClOR。
然而，OER的传统吸附质演化机制(AEM)受到线性标度的限制，将其理论过电位限制在约370 mV。晶格氧机制(LOM)使晶格氧能够参与氧化还原过程，促进直接O-O偶联，并避免形成*OOH中间体。这提供了一种绕过*OOH和*OH之间比例关系的途径，从而提高OER效能，异抑制海水电解过程中的ClOR。但是，由于氧的高电负性和缺乏有效的激活方法，激活晶格氧在热力学上仍然具有挑战性。
近日，北京化工大学孙晓明、周道金、清华大学深圳国际研究生院邝允和香港城市大学刘彬等提出了一种Cl–介导策略，能够将OER机制从AEM转移到Ni位点的LOM。
具体而言，研究人员通过将高度分散的Ir锚定到Ni基前驱体(如NiSe、Ni(OH)2、NiS2和NiSOH)上，利用了Ir和Cl–在海水中的强配位相互作用，建立了从Ni到Cl的Cl-Ir-O-Ni电子吸引链，这增强了Ni的价态以及OER过程中原位形成的Ni-O的共价性，从而激活了Ni位点周围的晶格氧，有效地驱动海水电解遵循LOM途径。
因此，在碱性海水中，Cl改性的Ir/NiOOH-Se@Cl催化剂仅需313 mV的OER过电位就能实现0.5 A cm-2的电流密度(相比于在碱性纯水中降低了147 mV)，并能在0.5 A cm-2下稳定运行500小时。
此外，研究人员开发了一种方法来量化LOM在不同电位范围内的贡献，并证明了Ir/NiOOH-Se阳极在Cl介导的机制下，在广泛的电位范围内保持约46.0%的LOM贡献率。准原位电子顺磁共振测量证实，Cl介导可以显著增强Ni位点吸附OH*的能力，实现快速的OH*补充，确保持续的晶格氧反应。总的来说，该项工作为调节局部晶格氧活性提供了一个新颖的概念，为开发用于清洁能源生产的高效氧电催化剂提供了参考。
Lattice oxygen mechanism induced on nickel sites by Cl– adsorption for efficient seawater oxidation reaction. Journal of the American Chemical Society, 2025. DOI: 10.1021/jacs.5c04206