由可再生电力驱动的催化水分解提供了一种生产氢能的有效策略，被认为是可持续能源转换最有希望的解决方案之一，但是其效率受到阳极水氧化反应的缓慢动力学的严格限制。为了促进析氧反应(OER)中缓慢的四电子转移动力学，提出了各种设计策略，包括改善活性位点的固有活性以及增加活性位点的数量。最近，非晶材料越来越受到电催化的关注，尤其是在水氧化中，无定形催化剂显示出比其结晶对应物更好的水氧化活性，但对其潜在的起源却知之甚少，这阻碍了高性能无定形析氧反应（OER）催化剂的发展。有人认为非晶结构可以为OER提供更多的活性位点，有人将高OER活性归因于氧化物，还有人将大量的活性位点归因于氧空位的高密度。因此，无定形催化剂优于结晶催化剂的确切原因仍然存在争议。

有鉴于此，新加坡南洋理工大学刘斌教授等人，证明了无定形催化剂的短程有序结构可以被电化学活化以暴露本体中的活性位点，大大增加了活性位点的数量，从而提高了非晶催化剂在水氧化中的电催化活性。

本文要点

1）提出了一种制备非晶镍铁合金水氧化催化剂的室温溶液技术。非晶态镍铁合金催化剂在不改变成分的情况下，在惰性气氛下经热退火可转化为晶体。

2）根据循环伏安法、电化学阻抗谱同位素标记和原位x射线吸收光谱学研究无定形和结晶镍铁合金催化剂，证明了非晶态镍铁合金催化剂可以被电化学活化以暴露出活性位。通过施加由非晶结构的短程有序产生的正阳极电势，可以显着增加活性位点的数量，从而显著提高了水氧化活性。

3）Ni/Fe原子比为3:1的非晶镍铁合金催化剂在玻碳电极上的过电位为265 mV (iR校正)时，其水氧化电流密度可达10 mA/cm²，比结晶对应物电极低100 mV。通过进一步优化非晶催化剂的负载量，可以实现在242 mV时达到10 mA/cm²的最低过电位。此外，将制备好的非晶镍铁合金催化剂涂覆在泡沫镍上，可以在80℃和500 mA/cm²的条件下获得长期的OER稳定性，从而使非晶态镍铁合金催化剂对高性能水电解具有实际的吸引力。

参考文献：

Weizheng Cai et al. Amorphous vs Crystalline in Water Oxidation Catalysis: A Case Study of NiFe alloy. Nano Lett., 2020.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00840

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c00840