对苯二甲酸修饰的Cl?排斥型NiFeOOH催化剂用于高温海水电解制氢研究

本文报道了一种通过配体工程策略合成Cl?排斥型NiFeOOH电催化剂的新方法，采用对苯二甲酸（TPA）作为配位修饰剂，实现了高温碱性海水电解中阳极抗氯腐蚀与析氧反应（OER）活性的双重优化。该催化剂在工业级操作条件（80°C，500 mA·cm?2）下展现100小时稳定运行，为高温工业环境下的海水电解制氢提供了创新设计范式。

　　

Highlight

本研究通过原位结构转化策略，将对苯二甲酸（TPA）作为"分子盾牌"整合到NiFeOOH催化剂中，成功构建了兼具高活性和强抗氯腐蚀特性的海水电解催化剂。实验与理论计算揭示：TPA的羧酸根桥联作用像"电子调节器"一样重塑金属活性位点的电荷分布，使Cl^?在镍位点的吸附能降低49%，同时将OER决速步的去质子化能垒削减24 kJ·mol^?1。

Characterization of NiFeOOH/TPA@NF

如图1a所示，NiFeOOH/TPA@NF纳米片的合成过程犹如"分子乐高"组装：先通过水热法在泡沫镍（NF）上生长NiFe-MOF前驱体，再经电化学活化重构为TPA修饰的NiFeOOH。扫描电镜显示该材料具有独特的"纳米片花瓣"形貌（图S1-S2），X射线光电子能谱（XPS）证实TPA通过羧酸根基团与金属位点形成稳定的螯合结构，这种"分子焊接"效应显著提升了材料的结构稳定性。

Conclusion

这项工作像"化学盔甲"般为NiFeOOH催化剂提供了三重防护机制：①TPA配位构建的电子屏障有效排斥Cl^?侵袭；②增强的金属-氧共价键稳定了OER反应中间体；③优化的电荷转移能力使催化剂在80°C高温海水中保持"超长待机"性能。该研究为开发适应工业极端环境的海水电解催化剂提供了新思路。