钼修饰镍铁层状双氢氧化物纳米花阳极催化剂的拓扑蚀刻合成及其在阴离子交换膜电解水中的应用

　　为解决阴离子交换膜(AEM)电解水制氢中析氧反应(OER)催化剂成本高、活性不足的问题，研究人员通过自上而下氧化蚀刻非晶NiFeMo氧化物前驱体，开发出钼修饰的NiFe层状双氢氧化物(NFM-OED)纳米花催化剂。该催化剂在无导电碳添加剂条件下实现260 mV@10 mA cm?2 的低过电位，组装的AEM电解槽在1.0 A cm?2 电流密度下稳定运行600小时，为绿色氢能技术提供了高效廉价的解决方案。

　　

在全球能源结构转型的背景下，氢能因其高能量密度和零碳排放特性成为实现碳中和的关键载体。阴离子交换膜(AEM)水电解技术兼具传统碱性电解与质子交换膜电解的优势，可使用非贵金属催化剂实现高电流密度运行，但其核心瓶颈在于缺乏高效稳定的析氧反应(OER)催化剂。目前工业级Ru/Ir基催化剂成本高昂，而常规镍铁层状双氢氧化物(NiFe LDH)存在导电性差、活性位点易团聚等问题。针对这一挑战，中国华能集团清洁能源研究院资助的研究团队创新性地通过拓扑化学蚀刻策略，开发出具有工业应用潜力的钼修饰NiFe LDH纳米花阳极催化剂，相关成果发表于《International Journal of Hydrogen Energy》。

研究采用非晶态NiFeMo氧化物碱性氧化蚀刻法，结合拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)等表征技术，系统探究了催化剂结构演化机制。通过对比干燥粉末(NFM-OE)与浆料形态(NFM-OED)的保存形式，揭示了材料处理工艺对催化性能的影响规律。

材料与方法
研究以非晶NiFeMo氧化物为前驱体，通过碱性氧化蚀刻实现Mo选择性浸出，诱导相转变为MoO₄
^2?
插层的LDH结构。采用三电极体系测试OER性能，通过电化学阻抗谱(EIS)分析电荷转移特性，并在60°C、1 M KOH条件下评估AEM电解槽性能。

结果与讨论
相变调控方面，蚀刻过程中Mo物种的浸出促使非晶前驱体重构为LDH结构，同步实现MoO₄
^2?
插层。XPS证实高价位Ni³⁺
/Fe³⁺
物种的预活化，Raman光谱显示MoO₄
^2?
可抑制NiOOH过度氧化为惰性NiO₂
。形态学表征揭示纳米花结构提供丰富边缘活性位点，浆料保存形式使LDH纳米颗粒分散度提升47%。

电化学测试表明，NFM-OED在10 mA cm^?2
电流密度下过电位仅260 mV，塔菲尔斜率低至38 mV dec^?1
，优于多数报道的NiFe基催化剂。原位形成的MoO₄
^2?
调控层间距促进OH^?
扩散，同步优化金属-氧中间体吸附能。AEM电解测试显示，1.0 A cm^?2
时槽电压仅1.73 V，且能在2 A cm^?2
高电流密度下稳定运行100小时。

结论与意义
该研究开创性地通过拓扑蚀刻策略实现LDH催化剂的电子结构-形貌协同调控，阐明MoO₄
^2?
插层对稳定活性相的关键作用。提出的浆料保存工艺解决了催化剂层导电性与分散性的矛盾，为AEM电解槽膜电极(MEA)制备提供新思路。研究成果不仅推动非贵金属OER催化剂发展，更通过600小时稳定性验证具备工业化应用潜力，对降低绿氢生产成本具有重要实践价值。