新闻网讯 近日，木士春教授团队在水氧化电催化剂研究方面取得重要进展，研究成果以“Fe-S Dually modulated Adsorbate Evolution and Lattice Oxygen Compatible Mechanism for Water Oxidation”为题，发表在Nature Communications上。我校为唯一署名单位，博士研究生罗旭等为第一作者，木士春教授为唯一通讯作者。

电催化水分解是制备绿氢的重要方法之一。然而，在电极反应中，其阳极析氧反应（OER）涉及4电子转移步骤，动力学过程非常缓慢，严重限制了整体的能量转换效率。因此，深入理解析氧反应机理，开发具有高活性和高稳定性的析氧催化剂对推动绿色氢能技术的发展及实现我国“双碳”战略目标至关重要。

研究表明，虽然晶格氧氧化机制（LOM）可打破传统吸附演化机制（AEM）的热力学关系限制，使催化剂的析氧电催化活性得到进一步提高，但由于其涉及晶格氧的参与以及氧空位的形成和再填充，不利于保持催化剂的结构稳定性。为此，木士春教授团队利用阳极电氧化重构方法设计了一种新颖的Fe/S双调制羟基氧化镍（R-NiFeOOH@SO4）催化剂。该催化剂同时活化了金属和晶格氧活性位点，实现了AEM和LOM路径的配伍，使催化剂的析氧催化活性和稳定性达到了有效平衡。实验和计算结果表明，引入的铁（Fe）作为活性位点优化了AEM机制中析氧反应中间体的吸附；引入的硫（S）则显著提升了晶格氧活性，促进了LOM机制。在Fe/S双调制作用下，AEM和LOM路径下的析氧反应能垒差异明显缩小，有效增强了AEM和LOM的兼容性。因此，R-NiFeOOH@SO4催化剂在碱性电解液中展现了优良的析氧活性和稳定性。这项工作为通过合理激发晶格氧来设计高活性和高稳定性非贵金属催化剂提供了新的视角。

木士春教授研究团队长期致力于新能源材料研究工作，并取得一系列原创性成果。自2024年以来，已相继在Nature子刊《自然通讯》（Nature Communications，3篇）、《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition，2篇）、《先进材料》（Advanced Materials，1篇）、《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science，1篇）、《纳米快报》（Nano Letters，1篇）等国际顶级期刊上发表了8篇高水平研究论文（武汉理工大学均为第一通讯单位或唯一通讯单位）。研究成果获得了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金及材料复合新技术国家重点实验室开放基金的资助。

R-NiFeOOH@SO4催化剂的合成及水氧化性能

R-NiFeOOH@SO4催化剂的AEM-LOM配伍机制及催化机理分析

    原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-52682-y

文：罗旭、木士春；编辑：曹明；审核：罗小寒