在綠色氫能產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展的背景下，堿性水電解技術(shù)因其成熟度高、成本低廉而成為主流制氫方案。然而，作為水電解關(guān)鍵半反應(yīng)的氧析出反應(yīng)（OER），其動力學(xué)緩慢且能耗較高，嚴(yán)重制約了整體效率。鎳基材料因資源豐富且具備一定催化活性，被廣泛用作OER的前驅(qū)體催化劑。但在實際運(yùn)行中，鎳表面會轉(zhuǎn)化為羥基氧化鎳（NiOOH）才真正發(fā)揮催化作用，而該物質(zhì)存在β相和γ相兩種形態(tài)。其中，處于更高氧化態(tài)（Ni4+）的γ-NiOOH具有更優(yōu)異的本征催化性能，但傳統(tǒng)電極制備工藝難以控制其生成比例。

石墨烯層精準(zhǔn)調(diào)控表面氧化還原過程

針對這一行業(yè)痛點，浙江大學(xué)與大連理工大學(xué)的研究團(tuán)隊提出了一種創(chuàng)新策略：利用電化學(xué)剝離石墨烯（EG）作為氧化還原介質(zhì)，引導(dǎo)鎳泡沫表面的化學(xué)重構(gòu)。研究發(fā)表于《工程》（Engineering）期刊，題為《可控石墨烯層通過界面氧化還原過程調(diào)控鎳基金屬優(yōu)異電催化氧析出》。該方法通過在鎳泡沫表面涂覆EG層，在陽極極化過程中選擇性地將鎳氧化為Ni2+物種，進(jìn)而優(yōu)先轉(zhuǎn)化為高活性的γ-NiOOH相，而非普通的β-NiOOH相。

表征測試證實了這一機(jī)制的有效性。掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）、拉曼光譜及X射線光電子能譜（XPS）結(jié)果均顯示，EG介導(dǎo)的過程有效抑制了β-NiOOH的形成，并穩(wěn)定了γ相結(jié)構(gòu)。更為巧妙的是，在還原步驟中，單原子鎳和小尺寸鎳簇被錨定在石墨烯層上，創(chuàng)造了額外的催化活性位點。同時，石墨烯涂層像“保護(hù)盾”一樣屏蔽了下層金屬鎳的過度氧化，從而保持了電極的結(jié)構(gòu)完整性。

性能指標(biāo)顯著優(yōu)于傳統(tǒng)電極

實驗數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)EG改性的鎳泡沫電極（EG-NF）在基準(zhǔn)電流密度下表現(xiàn)出更低的過電位和更小的塔菲爾斜率，表明其OER動力學(xué)過程顯著加快。電化學(xué)阻抗譜測試進(jìn)一步證實，電荷轉(zhuǎn)移電阻降低，而電化學(xué)活性表面積增加，這兩大因素共同推動了性能的提升。此外，該策略具有良好的普適性，當(dāng)將其應(yīng)用于鎳鐵（NiFe）雙金屬體系時，生成的EG-NiFe電極在OER指標(biāo)上表現(xiàn)更佳。

長期耐久性測試表明，改性電極在高電流密度下仍能保持穩(wěn)定運(yùn)行，這滿足了工業(yè)級堿性水電解槽對催化劑壽命的嚴(yán)苛要求。密度泛函理論（DFT）計算從微觀層面解釋了這一現(xiàn)象：相較于β-NiOOH，γ-NiOOH表面在OER中間物種的形成上具有更有利的熱力學(xué)能量，特別是決速步的計算過電位更低，與實測性能提升高度一致。

這項研究通過調(diào)控NiOOH的晶相形成，為制備高效OER電極提供了一條實用路徑。其核心原理不僅適用于鎳基催化劑，還可擴(kuò)展至其他用于能源轉(zhuǎn)換應(yīng)用的過渡金屬體系，具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。

對于中國氫能產(chǎn)業(yè)鏈而言，這一成果提供了重要的技術(shù)啟示。我國在堿性電解槽制造領(lǐng)域擁有的產(chǎn)能優(yōu)勢，但在核心材料的高效化與長壽命化方面仍有提升空間。通過引入界面工程與納米材料改性手段，如利用石墨烯等二維材料調(diào)控催化劑表面相結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步挖掘本土豐富金屬資源的催化潛力。這種低成本、高效率的材料改性策略，有助于降低綠氫制備的度電成本，增強(qiáng)國產(chǎn)電解槽在國際市場的核心競爭力，推動氫能從示范應(yīng)用向規(guī)?；虡I(yè)落地邁進(jìn)。