电解水制氢是实现碳中和的关键技术之一，具有制造灵活和产品纯度高的优点，但阳极析氧反应(OER)涉及四个电子-质子转移，导致动力学缓慢并限制了制氢效率。因此，创造具有高OER活性的电催化剂是当今需要完成的重要任务。目前，氢氧化物通过质子-电子连续耦合转移步骤(*OH→*O→*OOH→*O2，称为吸附演化机制(AEM))进行OER，其OER性能取决于金属位点和中间体吸附之间的平衡，最小理论过电位为370 mV。因此，如何设计能够绕过AEM限制的电催化剂成为OER研究领域的热点。第二相FeOOH(强Lewis酸)的引入有望调节能带水平并激活晶格氧以诱导分子内氧偶联。然而，在OER循环中FeOOH易溶解，导致OER性能的衰减。因此，设计在工业条件下具有优异活性和稳定性的催化剂是一项关键任务。
近日，氢气制储研究组2022级博士研究生张议洁与2021级硕士研究生张唯怡合作，在Co(OH)2纳米针阵列上引入S和FeOOH，构建 S-FeOOH/Co(OH)2/NF) 异质结构，实现了分子内氧偶联促进工业级电流密度水氧化性能。理论计算和实验结果表明，FeOOH在非均相界面形成Co-O-Fe基序，诱导电子从Co向Fe转移，增强Co- O共价，降低分子内电荷转移能，从而刺激分子内晶格氧直接耦合。S在FeOOH中的掺杂进一步加速了电子转移，提高了晶格氧活性，阻止了FeOOH的溶解。因此，S-FeOOH/Co(OH)2/NF电极在10 mA cm-2时的过电位仅为199 mV。在阴离子交换膜水电解槽(AEMWE)中，耦合Pt/C电极在1.79 V下可达1 A cm-2并稳定运行120 h以上。
论文以Inducing Intermolecular Oxygen Coupling by Introducing S and FeOOH on Co(OH)2 Nanoneedle Arrays for Industrial Water Oxidation为题发表在《Small》期刊上（论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202405080），论文共同第一作者为氢气制储研究组2022级博士研究生张议洁与2021级硕士研究生张唯怡，通讯作者为刘光教授。
