导语
电解水制氢的核心催化剂合成技术迎来效率革命！北京化工大学胡传刚教授与苏州科技大学郭春显教授团队在化学领域权威期刊《Chemical Communications》上发表重要研究成果。该团队首创“超快液体焦耳加热”技术，在数秒内即可在泡沫镍上原位合成出高性能镍铁层状双氢氧化物电催化剂。该催化剂在碱性析氧反应中表现出碾压级优势：达到100 mA cm⁻²电流密度仅需262 mV过电位，并可稳定运行超过300小时，其性能与稳定性均显著超越商用贵金属RuO₂，为绿色制氢降本增效提供了颠覆性方案。
🔍研究亮点
秒级合成，效率革命：利用液体焦耳加热，将传统需数小时的合成过程缩短至数秒内完成，实现了催化剂的瞬时制造。
性能全面碾压：在100 mA cm⁻²高电流密度下过电位低至262 mV，性能优于绝大多数已报道材料及商用RuO₂。
极致稳定耐久：在苛刻测试条件下稳定运行超过300小时，性能衰减极微，展现了接近工业级的耐久性。
机制创新明确：超快热冲击诱导产生高达34.1%的氧空位，并强化催化剂与基底的结合，从根本上提升了活性和稳定性。
📊图文解析
图1：秒级合成过程与独特形貌
示意图清晰展示了创新工艺：对含有前驱体的溶液施加电压，利用焦耳热效应，在泡沫镍基底上瞬间完成NiFe-LDH的成核与生长。SEM和TEM图像证实，成功合成了均匀覆盖、交织互联的超薄纳米片结构，该结构极大增加了活性位点暴露，并有利于物质传输。
图2：丰富的氧空位与优化的电子结构
XPS分析揭示了性能跃升的关键：相比传统水热法，经焦耳加热合成的催化剂，其氧空位浓度高达34.1%，是对照样品的2.7倍。同时，Ni、Fe元素的结合能发生负移，表明金属中心电子密度增加。这种丰富的缺陷与优化的电子结构极大地促进了OER反应动力学。
图3：卓越的电催化性能
LSV曲线直接显示，NiFe-LDH-JH电极在各项活性指标上全面领先。更关键的是，在100 mA cm⁻²的电流密度下持续测试300小时，电位几乎保持不变，凸显了其无与伦比的长期运行稳定性，这是实际应用的核心前提。
图4：实际电解槽中的验证
研究进一步组装了阴离子交换膜水电解槽进行验证。采用NiFe-LDH-JH的电解槽在500 mA cm⁻²下仅需1.76 V的低槽压，在1.8 V电压下可实现680 mA cm⁻²的高电流密度，性能是对照组的2.66倍，并在100小时测试中表现出优异的稳定性，证明了其巨大的实际应用价值。
⚙️技术支撑
超快液体焦耳加热系统：核心是实现秒级瞬时升温和精准能量注入的关键设备。
多维度表征平台：借助XPS、SEM、TEM等深入分析材料形貌、缺陷及电子结构。
标准化电化学测试体系：采用三电极系统及电解槽测试，全面评估从本征活性到器件级别的性能。
💎总结与展望
本研究通过开创性的超快液体焦耳加热技术，成功解决了NiFe-LDH催化剂合成效率低、界面结合弱、稳定性不足的难题。该技术凭借秒级的合成速度、诱导产生高浓度缺陷的能力以及强化界面结合的效果，制备出了性能可媲美甚至超越贵金属的先进催化剂。这项工作不仅为高性能OER催化剂的制备提供了一条快速、可扩展的绿色路径，更展示了瞬态能量场在材料合成与改性中的巨大潜力，有望推动电解水制氢等清洁能源技术的产业化进程。
文献信息
Linhui Cui, Feng Liu, Shaqi Fu, Facai Wei, Yan Zhong, Yiming Zhu, Changhong Wang, Lei Shi, Chuangang Hu and Chunxian Guo.
Ultrafast liquid Joule heating to in situ fabricate and stabilize NiFe-LDH for enhanced oxygen evolution electrocatalysis.
Chemical Communications, 2025.
https://doi.org/10.1039/D5CC06085K
