说明：华算科技通过本文综述了电催化稳定性测试的核心方法（如计时电流法、计时电位法、循环伏安法及多阶梯测试）、测试前后的表征对照手段（如XPS、XRD、SEM等）以及常见的电催化剂衰减机制。

电催化通过降低反应能垒，高效驱动能量转换与储存的关键反应（如析氧反应/OER、析氢反应/HER、氧还原反应/ORR、CO₂还原/CO₂RR等）。

然而，在苛刻的电化学环境（强酸/强碱、高氧化/还原电位、反应中间体攻击）下，催化剂易发生物理化学结构退化，导致活性与选择性急剧下降。稳定性成为决定电催化技术能否产业化的核心性能指标。系统、准确的稳定性测试是评估催化剂寿命、理解失效机制、指导材料设计优化的基石。

图1 电催化剂活性、稳定性、选择性相互关联。DOI：10.1002/anie.202007672

稳定性测试的核心方法

稳定性测试需在模拟实际工况（特定电解质、温度、电位/电流密度）下进行，核心方法如下。

计时电流法（Chronoamperometry-CA）：一种通过施加恒定的电位阶跃，测量电流随时间变化的电化学技术，有时也叫做I-t曲线。其核心是分析电极表面反应动力学，尤其是扩散控制过程。电荷量（Q）可通过积分电流–时间（I-t）曲线计算，即Q=∫Idt。一般用电流密度衰减率评估催化剂的稳定性。

图2 计时电流法（a）设置的电位–时间曲线（b）所得的电流–时间曲线。

图3分别是不同Ru掺量的PtRu/((Ti₃C₂T_x)_0.5-(MWNTs)_0.5催化剂在1mol/L H₂SO₄+2mol/L CH₃OH中的I-t曲线，所有电催化剂曲线的极化电流均随着时间的延长而逐渐衰减直至趋于平稳。

这是由于甲醇氧化形成的中间产物CO会吸附在贵金属催化剂表面，占据活性位点,致使催化剂中毒，从而出现电流衰退现象。其中，Pt₁Ru_0.5/((Ti₃C₂T_x)_0.5-(MWNTs)_0.5催化剂的催化电流下降最为缓慢，说明该Ru掺量下的催化剂的稳定性最好。

图3 不同Ru掺量的PtRu/((Ti₃C₂T_x)_0.5-(MWNTs)_0.5的计时电流曲线。DOI：10.15541/jim20190107

计时电流法（CA）电化学工作站测试参数设置参考：2分钟学会计时电流法(CA)的测试参数设置！_哔哩哔哩_bilibili

计时电位法（Chronopotentiometry-CP）：指恒定电流下长时间运行，监测电位随时间的变化。一般用维持特定电流密度所需过电位的增加量、达到失效标准（如活性损失20%或50%）的时间评估电催化剂稳定性。

图4 电催化剂稳定性测试（插图中为测试设置的电流值）。DOI：10.3390/pr10051008

多电流密度阶梯测试：为了确定电极在重复电催化过程中的耐久性，可对催化剂施加了多种电流密度进行测试。如图5，在Co-Ni₃N电极施加10、20、30、40和50mA cm^-2的电流密度，连续进行10小时，分别用于HER和OER。

总体而言，施加特定电流密度所需的过电位几乎保持不变，这表明Co-Ni₃N具有优秀的稳定性，这得益于纳米结构的高完整性。特别是当电流密度在经历高电流密度流动后恢复至10mA cm^-2时，电压迅速恢复并在额外延长的20小时测试中持续存在，表明Co-Ni₃N纳米结构的稳定性和耐久性，能够维持高电流流动和快速电子移动。

图5 在不同电流密度下对Co-Ni3N进行HER和OER的稳定性测试。DOI：10.3390/pr10051008

计时电位法（CP）电化学工作站测试参数设置参考：3分钟学会计时电位法（CP）的测试参数设置！_哔哩哔哩_bilibili

计时电位法或计时电流法可以反映催化剂在恒定的电流密度或电位下是否能够长期保持活性。其优点为操作简单，最接近稳态运行工况，是评估长期运行稳定性的主要标准。主要缺点是测试周期长。

循环伏安法：在电解水中，常采用稳定性测试前后或多圈（500、1000、2000圈）CV测试后的LSV曲线进行对比，有时也直接将CV曲线重叠对比，比较曲线的重合程度可以说明催化剂是否稳定，如图6。

图6 I-t稳定性测试前后的LSV曲线。DOI: 10.3390/ma17102195

稳定性前后表征对照

此外，也可以结合一些表征手段（如XPS、XRD、SEM、TEM、ICP、BET、XAS等）来确定稳定性测试后催化剂的晶体结构、晶相、离子价态等是否发生改变、是否存在离子流失、孔道坍塌等，结合表征可推断其在长时间稳定性测试的过程中是否发生表面重构，并进一步评估其稳定性。

图7 结合表征手段评估稳定性测试后的催化剂。

研究人员在1M O₂饱和KOH溶液中施加恒定电流测试了催化剂的长期稳定性。如图8a所示，Co-Ni₃S₂@NF和CoSn-Ni₃S₂@NF在0.2A cm⁻²和室温下通过计时电位测量显示出稳定的电位行为（1.59和1.68 V），在97小时内电位变化很小。

此外，Co-Ni₃S₂@NF和CoSn-Ni₃S₂@NF在1000个循环（扫描速率为200mV s⁻¹）中的循环测试期间，性能降级几乎可以忽略不计（在1.25和1.65V之间，下降了0.3和4.5mV），因此表明镍硫化物在OER中的显著稳定性（见图8b）。

此外，Co-Ni₃S₂@NF和CoSn-Ni₃S₂@NF的XRD图谱在稳定性测试（1000次循环测试和10小时的计时电位测试）后与原始样品相比没有显著变化（见图8c）。FE-SEM观察结果也表明，在OER循环测试后，分层多孔的CoSn-Ni₃S₂@NF纳米片的形态得到了良好的保持，而在Co-Ni₃S₂@NF中，纳米片的末端变得圆润且具有一定程度的聚集（见图8d和e）。

然而，ICP-OES结果显示，稳定性测试后CoSn-Ni₃S₂@NF的元素比例（Co：Sn：Ni：S=1.7：0.9：91.8：5.6）与测试前（Co：Sn：Ni：S=2.4：1.5：83.9：12.2）有所不同，这表明在操作过程中NF（泡沫镍）上有CoSn-Ni₃S₂催化剂的一些损失。需要额外的研究来进一步提高基于Ni₃S₂@NF催化剂的稳定性。

图8 OER催化剂的长期稳定性。（a）在0.2 A cm⁻²下对Co–Ni₃S₂@NF和CoSn-Ni₃S₂@NF催化剂进行97小时的稳定性测试。（b）在1000次循环测试后催化剂的OER活性曲线变化，测试电压在1.25V和1.65V之间。（c）催化剂在稳定性测试前后的XRD图谱。（d）稳定性测试后Co-Ni₃S₂@NF催化剂的FE-SEM图像。（e）稳定性测试后CoSn–Ni₃S₂@NF催化剂的FE-SEM图像。DOI：10.1039/d2ta09361h

XPS显示在IrW合金中W抑制Ir过度氧化，其中Ir⁴⁺/Ir³⁺比值稳定，证明IrW/C催化剂具有良好的稳定性。

图9 在HClO₄中进行OER稳定性测试前后的IrW/C（a）和Ir/C（b）的XPS光谱。DOI：acscentsci.8b00426

常见的电催化剂衰减机制

溶解：金属活性组分（特别是贵金属如Pt、Ir，或非贵金属Ni、Co等）在氧化电位下发生电化学溶解。

氧化/还原与相变：表面过度氧化生成非活性氧化物层，或发生不可逆的晶相转变。

团聚与奥斯特瓦尔德熟化：小颗粒迁移聚集成大颗粒，或小颗粒溶解后在大颗粒上再沉积，导致活性表面积减小。

载体腐蚀：碳载体在阳极电位下易发生电化学氧化（C+H₂O→CO₂+4H⁺+4e^–），导致催化剂脱落。寻找耐腐蚀载体（如金属氧化物、碳化物、氮化物）是关键。

催化剂–载体脱粘：在反应或电位循环过程中，催化剂颗粒与载体结合力减弱而脱落。

图10 常见的负载金属催化剂失活途径。

离聚物降解：膜电极（MEA）中离聚物（如Nafion）的化学或机械降解影响质子传导和气体传输。

三相界面破坏：电极结构中催化剂、离聚物、气/液通道形成的三相界面退化，影响反应物传质和产物排出。