背景

电解水制氢被认为是生产绿色氢气的可持续技术，特别是在可再生能源系统（如水电、风电和太阳能）提供过剩电力的情况下。碱性水电解（AWE）是目前最有效的制氢技术之一，因其无需使用贵金属催化剂，提供了工业水电解的有前景的替代方案。然而，AWE系统中的阳极析氧反应（OER）面临高过电位问题，导致电解过程中能量消耗较大。因此，开发高性能、低成本、非贵金属阳极催化剂至关重要。尽管近年来在AWE阳极催化剂的研究方面取得了显著进展，但这些策略制备的催化剂在长期稳定性方面仍需改进。美国能源部（DOE）设定了2026年AWE催化剂稳定运行80,000小时的目标。

创新点

受生物系统中酶的持续再生机制的启发，研究者提出了一种活性位点再生策略，通过切换阳极溶液，快速且原位恢复OER催化剂的催化活性，从而显著延长电解槽的使用寿命。具体来说，通过在不同溶液中进行原位氧化还原反应和电化学氧化，可以有效再生受损的催化剂及其活性位点，使其催化活性恢复到初始状态。这种再生策略不仅能够快速恢复催化剂的活性，还能在电解槽中实现多次循环再生，保持催化剂的长期稳定性。

论文重要结论

1. **优异的OER性能**：NiFe(S)/NM催化剂表现出卓越的OER性能，在500 mA cm⁻²的电流密度下过电位仅为370 mV，并且在300 mA cm⁻²的工业应用电流密度下稳定运行至少500小时。

2. **快速原位再生**：受损的NiFe(S)/NM催化剂可以在约30分钟内通过切换阳极溶液快速恢复到初始状态，即使经过四次损坏和再生循环，仍能保持90%的初始活性，并在300 mA cm⁻²的电流密度下稳定运行超过80小时。

3. **电解槽性能**：使用再生催化剂的AWE电解槽在初始电压仅为1.58 V的情况下即可达到500 mA cm⁻²的电流密度，与现有最佳碱性水电解技术相当。再生后的电解槽在运行过程中电压仅增加0.03 V，几乎可以忽略不计。

4. **规模化应用**：NiFe(S)/NM催化剂可以从小面积（1 cm²）扩展到大面积（230 cm²），展示了其在工业应用中的可行性。

通过这种活性位点再生策略，研究者成功开发了一种高性能、可再生的碱性OER催化剂，并显著增强了催化剂的长期稳定性，为电解槽的高效运行提供了新的解决方案。

该研究工作以“Rapid and In Situ Active Sites Regeneration for OER Activity Recovery and Greatly Prolonged Water-Splitting Performance”为题发表在”Angew. Chem. Int. Ed”上（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202500303， 10.1002/anie.202500303）。第一作者为21级李勤，导师为施剑林/崔香枝。研究工作得到了国自然和东方英才项目的资助和支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202500303