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電化學水分解提供了一種可持續的、可行的以氫形式儲存能量的方法，因氫具有較高的能量密度和無碳排放，被認為是一種有希望的替代傳統化石燃料的能源。水分解涉及在陰極的析氫反應（HER）和在陽極的析氧反應（OER），而OER由于其四電子耦合過程造成的反應動力學緩慢和O-O鍵形成能壘高而被認為是水分解的主要瓶頸。設計電催化劑的外部結構和內部結構是在低過電位下實現高催化活性的基礎。對電催化劑本身同樣重要的是，反應效率也很大程度上取決于電極表面外的質量轉移和電極結構內的電子轉移。

基于此，東南大學章煒，南京大學葛海雄和杭州電子科技大學張鑒（共同通訊）等人采用 NiFe-Zn²⁺-多孔薄膜（NiFe-P_Zn）作為修飾層，制備了具有特殊活性和無粘結劑的多孔鎳管陣列（PNTA）。

在10 mA cm^-2的電流密度下，當過電位為172 mV時，NiFe-P_Zn@PNTA的OER活性最好，其性能優于NiFe@PNTA（260 mV）和純PNTA（497 mV）。為了進一步研究NiFe-P_Zn@PNTA，NiFe@PNTA和純PNTA的OER動力學，從相應的極化曲線中獲得了Tafel圖。NiFe-P_Zn@PNTA的Tafel斜率（50 mV dec^-1）比NiFe@PNTA（63 mV dec^-1）和純PNTA（134 mV dec^-1）小，表明由于對含氧物質的吸附/脫附更容易，NiFe-P_Zn@PNTA對OER的反應動力學更快。

此外，NiFe-P_Zn@PNTA在200、250、300和350 mV時表現出比NiFe@PNTA更高的轉換頻率（TOF）值，表明P_Zn可以增強催化劑的本征催化活性。此外，為了確認NiFe-LDH物質的形成，還進行了原位拉曼測試。基于位于472 cm^-1的新拉曼峰的出現，從Ni(OH)₂到NiOOH的轉換從1.40 V開始。當電位達到1.54 V時，在553 cm^-1和691 cm^-1處產生了兩個額外的拉曼峰，分別屬于非晶Ni(Fe)OOH中的Ni-O和Fe-O振動。因此，NiFe-LDH是由NiFe-P_Zn表面氧化而來的，并作為活性位點參與OER過程。

此外，NiFe-P_Zn@PNTA催化劑還具有優異的穩定性，這可歸因于以下原因：(1)無粘結劑的分級設計賦予了催化劑結構完整性，以保證空氣-催化劑界面的不變形；(2)催化劑直接生長在導電基底表面，顯著增加了它們的界面附著力，這足以在氣泡釋放過程產生的阻力下穩定催化劑。

基于NiFe-P_Zn@PNTA優異的堿性環境下的OER性能，還探究了NiFe-P_Zn@PNTA在模擬海水環境下的水分解的性能。值得注意的是，NiFe-P_Zn@PNTA在10 mA cm^-2時的過電位為178 mV, Tafel斜率為53 mV dec^-1，這與堿性環境中的情況相似。此外，NiFe-P_Zn@PNTA電極在海水電解質中顯示出優異的催化穩定性，這主要是由于NiFe-P_Zn表面形成了NiFe-LDH物質，這對抵抗海水中氯離子的腐蝕很重要。

綜上所述，本文開發了具有快速氣泡釋放和及時電解質交換特性的非離子型管-海綿結構NiFe-P_Zn@PNTA電極。由于電子轉移快，界面電阻小，無論是堿性電解質還是海水，NiFe-P_Zn@PNTA都具有非凡的電催化性能。此外，NiFe-PZn@PNTA電極表現出優異的柔韌性，以保持其電化學性能在彎曲和滾動實驗中不變。這項工作為水電解或任何涉及氣體生成的電化學反應的高性能催化劑/電極結構的探索提供了新的視角。

Tube-sponge-inspired hierarchical electrocatalysts with boosted mass and electron transfer for efficient oxygen evolution, Advanced Materials, 2022, DOI: 10.1002/adma.202209500.

https://doi.org/10.1002/adma.202209500.

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