AgO-CuO异质结构纳米线束的电子结构优化及其高效析氧电催化性能研究

　　针对析氧反应(OER)催化剂活性低、稳定性差的问题，研究人员通过室温电化学合成-银置换-电沉积-原位氧化多步工艺，构建了自支撑AgO-CuO/Cu纳米线束异质结构电极。该催化剂在10/100/500 mA cm?2 电流密度下仅需200/302/391 mV过电位，Tafel斜率低至67 mV dec?1 ，并在1.0 M KOH中实现400小时稳定运行。理论计算揭示CuO调控AgO的d带中心上移，显著降低决速步能垒，为无粘结剂电催化系统设计提供了新范式。

　　

在绿色能源转型的大背景下，水电解制氢技术被视为实现碳中和的关键路径。然而，制约该技术规模化应用的瓶颈在于析氧反应(OER)——
这个四电子转移过程具有极高的动力学能垒。目前商业化的铱/钌(Ir/Ru)基催化剂虽性能优异，但其稀缺性和高昂成本令人望而却步。过渡金属氧化物虽成本低廉，却普遍面临导电性差、活性位点易失活等挑战。更棘手的是，传统粉末催化剂需依赖聚合物粘结剂(如Nafion)固定于电极表面，在高电流密度(>100 mA cm^?2
)下易发生活性组分脱落，严重制约其工业应用价值。

大连理工大学的研究团队独辟蹊径，通过精确调控异质界面电子结构和三维纳米架构，成功开发出具有突破性性能的AgO-CuO/Cu纳米线束(NBs)自支撑电极。这项发表于《Journal of Alloys and Compounds》的研究显示，该催化剂在碱性条件下展现出媲美贵金属的OER活性：10 mA cm^?2
电流密度下过电位仅200 mV，500 mA cm^?2
时也仅需391 mV，更创下400小时持续运行的稳定性纪录。密度泛函理论(DFT)计算首次揭示，CuO通过界面电子转移诱导AgO的d带中心上移，优化了关键中间体(
O,
OOH)的吸附能，使决速步能垒降低0.32 eV。

研究团队采用四级联制备工艺：首先通过阳极氧化-煅烧-电化学还原三步法在铜箔上生长Cu NBs基底；随后利用10秒银置换反应构建Ag纳米晶种子层；接着通过电沉积调控获得片状Ag纳米颗粒；最终经原位氧化形成AgO-CuO异质结构。同步辐射X射线吸收精细结构谱(EXAFS)证实界面处存在Ag-O-Cu键合，而有限元模拟显示分级多孔结构使氧气扩散路径缩短至1.7 μm。

Chemicals and Materials
选用99.99%纯铜箔为基底，通过优化银置换时间(10秒)和电沉积参数，实现Ag纳米片在Cu NBs上的均匀负载。

Synthesis and characterization
四步法制备的AgO-CuO/Cu NBs呈现"纳米线-纳米片"分级结构，比表面积达89.4 m²
g^?1
。原位拉曼光谱证实反应过程中保持Ag^III
-O活性物种稳定存在。

Conclusion
该研究实现了电子结构(界面d带调控)与传质结构(分级多孔通道)的双重优化：一方面CuO诱导AgO的d带中心上移0.15 eV，使^**
OOH吸附自由能降低至2.43 eV；另一方面三维互联网络使电荷转移电阻低至1.8 Ω cm²
。这种"异质界面工程-微纳结构设计"协同策略为开发新一代工业级电解水催化剂提供了普适性方法。

CRediT authorship contribution statement
李新航完成主要实验，王荣负责理论计算，肖晶桑和刘健共同撰写论文，李建生研究员主导课题设计，万胜友教授和杜世文提供技术支持，朱浩天参与数据验证。

这项研究不仅将银基催化剂的性能边界推向新高度，更开创性地通过精确控制金属氧化物界面电子结构来定向调控反应能垒。其提出的"自支撑异质结"设计理念，可延伸至其他能源转化系统(如CO₂
还原、氮气还原)，为破解"活性-稳定性难以兼得"这一电催化领域长期困境提供了全新思路。