铜枝晶上纳米互连催化剂的外延生长及其快速气泡输运机制助力高效析氧反应

本研究通过快速溶液燃烧法和置换反应在铁泡沫(IF)上构建了松叶状分级多孔电极(PLS-TMOs/CuO/Cu/IF)，其独特的亲水表面和定向通道显著提升气泡释放效率。理论计算揭示CoO/CuO异质界面通过电荷重分布降低中间体能垒，使OER/HER过电位分别低至221/64 mV@10 mA cm?2，且组装的电解槽在1000 mA cm?2下稳定运行100小时。该工作为设计高性能铜基电催化剂提供了电子工程新思路。

　　

Highlight亮点

通过松叶状枝晶结构设计，实现了纳米互连催化剂在铜基底上的外延生长，其独特的定向通道使气泡传输速度提升300%，为工业级电流密度下的电解水反应提供了新解决方案。

Introduction引言

可再生能源驱动的电解水技术是实现碳中和制氢的关键途径，但多电子转移步骤导致OER/HER反应动力学缓慢。本研究突破性地将松叶仿生结构与CuO/CoO异质界面结合，通过Laplace压力调控气泡行为，使电极在1000 mA cm^?2超高电流密度下仍保持2.41V的低槽压。

Section snippets方法精选

Preparation of pine-leaf-shaped Cu/IF precursor松叶状铜前体制备

采用3M硝酸铜溶液与铁泡沫(IF)发生10秒置换反应，如同"金属落叶"般在IF表面生长出分级枝晶结构。这种仿生设计使电极比表面积达到常规催化剂的8倍，为后续TMOs纳米颗粒的锚定创造理想载体。

Synthesis and physicochemical characterization合成与物性表征

同步辐射X射线吸收谱证实，CoO/CuO界面存在显著的电子转移现象，使水分子的吸附能降低0.27 eV。原位拉曼光谱更首次捕捉到*OOH中间体在异质界面处的快速转化过程，揭示了其超高催化活性的本质。

Conclusion结论

这项工作如同为电解水反应装上了"纳米级气泡电梯"，通过仿生结构设计和界面电子调控的双重策略，不仅使铜基材料OER活性媲美贵金属催化剂，更创造了工业级电流密度下连续运行100小时的稳定性纪录。