腐蚀驱动梯度工程构建Ni3S4/NiFe-LDH异质结构实现工业级耐久性电解水

为解决工业电解水过程中OER催化剂合成复杂、动力学缓慢及耐久性差的问题，研究人员通过腐蚀驱动梯度工程在常温下快速合成Ni3S4/NiFe-LDH异质结构。该催化剂在500 mA cm?2下仅需297 mV过电位，并在纯水AEM电解槽中实现1 A cm?2@1.85 V稳定运行1000小时，为工业电解水技术提供了突破性解决方案。

　　

通过腐蚀驱动的梯度工程技术，研究人员在常温条件下利用铁泡沫（IF）的自发腐蚀过程，快速合成了具有成分梯度的Ni₃S₄/NiFe-LDH（镍铁层状双氢氧化物）异质结构。该结构表面富集Ni₃S₄而内核富含NiFe-LDH，形成了连续的电子传输通道。

该催化剂展现出卓越的析氧反应（OER）性能：在1 M KOH中仅需297 mV过电位即可达到500 mA cm^?2的电流密度，在模拟海水中也仅需326 mV。更引人注目的是，在纯水阴离子交换膜（AEM）电解槽中，它实现了工业级性能——在1.85 V电压下稳定维持1 A cm^?2的电流密度并连续运行超过1,000小时。

原位光谱研究表明，梯度结构中表面Ni₃S₄释放的SO₄^2?可双重保护催化剂免受金属溶解和氯离子腐蚀。同时，原位生成的FeOOH通过强Fe─O─Ni界面键合，稳定了催化关键物种Ni³⁺（存在于NiOOH中），从而显著提升耐久性。这项研究为腐蚀介导的催化剂设计提供了新范式，为开发工业级电催化剂开辟了可规模化应用的路径。