8月，我校材料科学与工程学院陶瓷与复合材料团队联合湖南师范大学、华南理工大学等科研单位，在高效稳定碱性析氧反应（OER）电催化领域取得重要突破。相关成果以“W-Mediated Valence-State Modulation Coupled With Dynamic Fe Reconstruction Drives Stable Oxygen Evolution at 2 A cm−2”为题，正式发表在国际材料领域权威期刊《Advanced Functional Materials》，论文以东莞理工学院为第一署名单位，材料科学与工程学院博士后廖礼玲为唯一第一作者，陈德良教授为唯一通讯作者。
图1 论文首页
析氧反应是碱性电解水制氢的关键阳极半反应，其缓慢的多电子转移动力学直接影响电解槽效率。Fe/Ni基非贵金属催化剂在阳极氧化过程中通常会发生表面重构，形成真正参与反应的高价氧羟化物，但其在安培级电流密度下，持续强氧化、活性组分溶出、界面失稳和气泡覆盖等问题又会削弱长期稳定性。如何“利用重构并稳定重构”，是高电流OER催化剂设计的关键。
针对这一问题，该团队在三维泡沫镍上原位构筑Fe3O4/WOx纳米片前驱体，通过循环伏安活化诱导阳极重构。活化后，前驱体形成Fe/Ni氧羟化物富集的重构界面，同时保留残余WOx域，以较稳定的W-O配位环境参与界面电荷再分布，调节邻近Fe/Ni位点的电子结构和含氧中间体吸附，协同提升催化剂在安培级大电流密度下析氧反应的效率和稳定性。
图2 原位光谱揭示Fe/Ni氧羟化物工作相形成及W-O配位保留
为厘清真实工作态，团队通过原位拉曼、原位/准原位XPS、同步辐射X射线吸收谱（XAS）等手段构建多尺度证据链，证明随阳极电位升高，Fe/Ni逐步演化为FeOOH/NiOOH类高价氧羟化物，在高电位OER区间保持稳定，且W-O配位在重构后及持续运行过程中仍明显保留。XAS进一步证实Fe局域配位环境向FeOOH类结构演化，支持“Fe/Ni氧羟化物为主要工作相、残余WOx负责界面电子调控”的机制认识。
图3 同步辐射XAS表征Fe与W的局域配位结构演化
性能测试表明，该催化剂在1 M KOH中展现出优异的安培级析氧能力：仅需300和340 mV低的过电位即可产生1000和2000 mA cm−2 电流密度，并在2000 mA cm−2下连续稳定运行250 h，电压衰减速率约为0.08 mV h−1。气体定量结果显示，在2 A cm−2下实验氧气产量与理论值高度吻合，法拉第效率接近100%。
图4 W-FeOOH/WOx在高电流密度下的OER性能与稳定性
密度泛函理论（DFT）计算进一步揭示了界面电子调控的来源，重构后Fe位点的电子结构得到优化，*OOH吸附前后W位点Bader电荷变化约0.223 e，表明残余WOx参与吸附诱导的局域电荷再分布，并将决速的*OOH→O2步骤能量需求降低至1.87 eV。实验与理论共同表明，优异碱性析氧性能来源于Fe/Ni氧羟化物重构工作相-残余WOx电子调控域-开放纳米片传质结构的协同作用。
图5 DFT揭示界面电荷再分布与关键含氧中间体吸附调控机制
该工作将高电流OER中的动态重构由被动材料变化转化为可调控的界面设计维度，明确了主要工作相与辅助电子调控相的功能分工，为解决非贵金属催化剂在阳极氧化下的活性—稳定性矛盾提供了新的机制认识，也为后续面向大面积电极和实际碱性电解槽的应用研究提供了基础。
东莞理工学院陶瓷与复合材料团队：核心成员包括陈德良教授（PI）、周小龙研究员、陈璐讲师、檀付瑞讲师、廖礼玲博士后，主要依托材料科学与工程学院、广东省高性能覆铜板关键材料技术研究中心、交叉科学研究中心等平台开展工作，聚焦于先进陶瓷及功能复合材料的基础研究与应用技术开发，涵盖热管理用高导热陶瓷填料技术、绿氢与低碳能源催化剂、锂/钠储能材料与固态技术、纳米碳基材料（DLC膜与石墨烯、CNT）、化学传感纳米材料与器件、固废资源化技术（生态混凝剂、废弃碳纤回收利用、尾矿无害化处理及利用）、微纳矿物增强聚合物复合材料（PP、HDPE）、妆用粉质原料改性等应用领域。先后主持或参与国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金重点项目及产学研合作课题等40余项；累计发表学术论文200余篇，获授权发明专利约50件，出版专著及教材6部，培养硕博士研究生50余名。相关成果发表Advanced Functional Materials、Advanced Materials、Applied Catalysis B: Environmental、Chemical Engineering Journal、Energy Storage Materials、Small、Advanced Healthcare Materials、Chemistry of Materials、Journal of Advanced Ceramics等高水平期刊，并在HDPE复合板材（户外休闲家具）、高端妆用粉质原料技术开发、电子灌封用功能陶瓷填料、AI芯片及高端CCL用陶瓷粉体等方向形成了产业应用成果技术。
（撰稿：廖礼玲；一审：陈德良；二审：詹春燕/李润霞；三审：李长平）
