背景介绍
电解水反应中的阳极析氧反应涉及多电子耦合质子转移过程，是电解水反应的限速步骤。开发高效廉价的析氧电催化材料对于改善阳极电化学反应动力学至关重要。众多研究表明镍铁氧化物/氢氧化物可以作为高效析氧电催化剂。
在自然界中，金属腐蚀无处不在且严重影响工程材料的使用寿命，给社会经济发展和安全服役带来巨大损失和危害。从化学角度来看，金属腐蚀产物通常是金属（氢）氧化物甚至硫化物或氯化物的混合物，这些材料有望作为析氧电催化剂应用在电解水阳极反应中。
基于此，华中科技大学夏宝玉教授团队采用腐蚀工程构筑镍铁氢氧化物，研究其电催化反应过程中材料腐蚀和相变与电催化性能之间的关系，改善析氧电催化材料的服役水平和使用寿命。
成果简介
华中科技大学夏宝玉教授团队采用自然腐蚀策略研究金属泡沫镍的腐蚀行为并构筑镍铁氢氧化物纳米片阵列。该催化剂在电催化析氧过程中表现出优异的催化活性，其达到10毫安每平方厘米电流密度时过电位仅为毫伏，并且在不同电流密度下表现出良好的催化活性和稳定性。研究表明，在电化学析氧过程中，镍铁氢氧化物纳米片同时发生质子剥离，形成镍铁羟基氧化物，且宏观纳米阵列形貌并没有发生较大变化。这种质子腐蚀行为导致了镍铁氢氧化物到镍铁羟基氧化物的结构相变。结合密度泛函理论计算，镍铁羟基氧化物对析氧反应中的氧物种具有较低的吸附和解吸能，这是电催化活性增强的主要原因之一。相较于羟基氧化镍，在腐蚀工程构筑过程中原位引入的铁物种能够显著改善镍铁羟基氧化物的电子结构。具体来说，铁原子掺杂能够改善镍铁羟基氧化物在费米能级附近的态密度，出现更多自旋向下的电子，有利于含氧基团的吸附/解吸。这项工作展示了腐蚀工程能够有效实现高效电催化剂的构筑，探索了电催化反应过程中催化材料的腐蚀行为，阐述了催化材料结构演变及催化性能的内在联系。这项工作涉及到化学、材料、能源、腐蚀工程等多学科交叉融合，发展了电催化剂腐蚀化学，为设计关键能源材料和实现高水平长寿命服役提供了新的研究思路。
文章信息
LanqianGong,HuanYang,HongmingWang,RuijuanQi,JunleiWang,ShenghuaChen,BoYou,ZehuaDong,HongfangLiuBaoYuXia*.Corrosionformationandphasetransformationofnickel-ironhydroxidenanosheetsarrayforefficientwateroxidation.NanoResearch
