提升镍基催化剂氧气析出（OER）性能的关键策略：结构调控、稳定性增强与协同效应

镍基催化剂在氧气析出反应（OER）中表现出优异的性能，是当前研究的热点之一。OER是水分解反应中的关键步骤，其效率直接影响到电解水制氢的经济性和可持续性。镍基催化剂因其成本低、资源丰富、活性高而受到广泛关注。

以下将从Ni基催化剂的结构设计、性能优化、稳定性以及与其他材料的协同效应等方面进行详细分析。

Ni基催化剂的结构设计与性能优化

Ni基催化剂的性能与其结构密切相关。研究表明，Ni基催化剂的活性主要来源于其表面的Ni-O-H活性位点，这些位点能够促进OER中的关键反应步骤，如OH⁻的吸附和脱附、O-O键的形成等。

例如，NiFe₂O₄/CNTs催化剂在碱性溶液中表现出优异的OER性能，其过电位仅为0.35 V，远低于传统贵金属催化剂。此外，NiCoO₂/CoO/Ni₃N纳米片阵列（NiCoON NSAs/NF）在碱性溶液中表现出247 mV的小过电位和35 mV/dec的塔菲尔斜率，优于NiₓCo₃₋ₓO₄和大多数Ni-和Co基催化剂。

这些结果表明，通过调控Ni基催化剂的结构，可以显著提高其OER性能。

Ni基催化剂的性能还受到Fe掺杂的影响。研究表明，Fe的掺杂可以改变Ni的氧化态，从而提高其OER活性。例如，NiFe₂O₄/CNTs催化剂的Fe掺杂不仅提高了其导电性，还增强了其催化活性。此外，Ni₉₀Fe₁₀催化剂在1 M和0.1 M KOH溶液中均表现出较低的过电位和较高的电流密度，是碱性环境中最有前景的Ni基材料。这些结果表明，Fe的掺杂可以有效提高Ni基催化剂的OER性能。

Ni基催化剂的稳定性

Ni基催化剂的稳定性是其在实际应用中的关键因素。研究表明，Ni基催化剂在长时间运行中表现出良好的稳定性。例如，Ni₃N/BP-AG-1催化剂在10 000 s的电位保持测试中，电流密度保持率约为86.4%。

此外，Ni₉₀Fe₁₀/CeO₂催化剂在AEMWE实验中表现出与Ir贵金属相当的性能，并在0.1 M KOH溶液中优于Ir贵金属。这些结果表明，Ni基催化剂在长时间运行中表现出良好的稳定性。

Ni基催化剂的稳定性还受到其表面结构和组成的影响。例如，NiCoON NSAs/NF催化剂通过NH₃处理后，其氧空位活性位点更多，面心立方NiCoO₂增强了电化学过程中活性Ni-Co层状羟基/氧羟基物种（NiOOH）的形成，从而提高了其稳定性。

此外，NiFe₂O₄/CNTs催化剂的Fe掺杂不仅提高了其导电性，还增强了其催化活性和稳定性。这些结果表明，通过调控Ni基催化剂的表面结构和组成，可以显著提高其稳定性。

Ni基催化剂与其他材料的协同效应

Ni基催化剂的性能还可以通过与其他材料的协同效应得到进一步优化。例如，Ni₃N/BP-AG-1催化剂在碱性条件下表现出优异的OER性能，其过电位仅为233 mV，优于其他两种催化剂和商业RuO₂催化剂。

此外，NiCoON NSAs/NF催化剂通过NH₃处理后，其氧空位活性位点更多，面心立方NiCoO₂增强了电化学过程中活性Ni-Co层状羟基/氧羟基物种（NiOOH）的形成，从而提高了其性能。这些结果表明，通过与其他材料的协同效应，可以进一步提高Ni基催化剂的性能。

Ni基催化剂的性能还可以通过掺杂其他元素来优化。例如，NiFe₂O₄/CNTs催化剂的Fe掺杂不仅提高了其导电性，还增强了其催化活性和稳定性。此外，Ni90Fe10催化剂在1 M和0.1 M KOH溶液中均表现出较低的过电位和较高的电流密度，是碱性环境中最有前景的Ni基材料。这些结果表明，通过掺杂其他元素，可以进一步提高Ni基催化剂的性能。

Ni基催化剂在实际应用中的潜力

Ni基催化剂在实际应用中的潜力巨大。研究表明，Ni基催化剂在海水电解中表现出优异的性能。例如，CoFe–Ni₂P电催化剂在6 M KOH海水电解质中表现出优异的OER性能，仅需304毫伏的过电位即可实现500 mA cm⁻²的电流密度，并在600小时内稳定运行。

此外，NiMoFe/NM电催化剂通过热冲击合成，表现出在模拟碱性海水中超过1500小时和在自然海水中超过550小时的优异OER活性和稳定性。这些结果表明，Ni基催化剂在实际应用中具有巨大的潜力。

Ni基催化剂因其成本低、资源丰富、活性高而受到广泛关注。例如，NiFe₂O₄/CNTs催化剂在碱性溶液中表现出优异的OER性能，其过电位仅为0.35 V，远低于传统贵金属催化剂。此外，Ni₉₀Fe₁₀催化剂在1 M和0.1 M KOH溶液中均表现出较低的过电位和较高的电流密度，是碱性环境中最有前景的Ni基材料。这些结果表明，Ni基催化剂在实际应用中具有巨大的潜力。

Ni基催化剂的未来发展方向

Ni基催化剂的未来发展方向包括进一步优化其结构和性能，以及探索新的材料体系。通过调控Ni基催化剂的结构和组成，可以显著提高其OER性能。

例如，NiFe₂O₄/CNTs催化剂的Fe掺杂不仅提高了其导电性，还增强了其催化活性和稳定性。此外，Ni₉₀Fe₁₀催化剂在1 M和0.1 M KOH溶液中均表现出较低的过电位和较高的电流密度，是碱性环境中最有前景的Ni基材料。这些结果表明，通过调控Ni基催化剂的结构和组成，可以进一步提高其性能。

Ni基催化剂的未来发展方向还包括探索新的材料体系。例如，Ni₃N/BP-AG-1催化剂在碱性条件下表现出优异的OER性能，其过电位仅为233 mV，优于其他两种催化剂和商业RuO₂催化剂。

此外，NiCoON NSAs/NF催化剂通过NH₃处理后，其氧空位活性位点更多，面心立方NiCoO₂增强了电化学过程中活性Ni-Co层状羟基/氧羟基物种（NiOOH）的形成，从而提高了其性能。这些结果表明，通过探索新的材料体系，可以进一步提高Ni基催化剂的性能。

结论

Ni基催化剂在OER反应中表现出优异的性能，是当前研究的热点之一。通过调控Ni基催化剂的结构和组成，可以显著提高其OER性能。此外，Ni基催化剂的稳定性、与其他材料的协同效应以及在实际应用中的潜力也是其未来发展的关键因素。未来的研究应进一步优化Ni基催化剂的结构和性能，并探索新的材料体系，以实现其在实际应用中的广泛应用。