近日，团队成员尹书萱同学在国际知名期刊《Chemical Science》发表题为“Suppressing Oxygen-Vacancy-Mediated Chlorine Corrosion for High-Current Stable Seawater Electrolysis”的研究论文（DOI: 10.1039/d5sc07816d）。

电解海水是实现可持续制氢并缓解淡水资源压力的关键途径，对推进全球能源脱碳具有重要意义。然而，其大规模应用面临两大瓶颈：(1)阳极四电子析氧反应(OER)过程动力学缓慢，限制了整体效率；(2)海水中的高浓度氯离子(Cl⁻)与氢氧根离子(OH⁻)在活性位点发生竞争吸附。这种竞争吸附不仅削弱了OER活性，更会导致Cl⁻对催化剂的腐蚀，从而使催化剂的稳定性降低。因此，开发能在含Cl⁻环境中高效稳定运行的阳极电催化剂是突破上述瓶颈的关键所在。

针对海水电解制氢中高浓度Cl⁻引发的催化剂腐蚀及OER动力学缓慢等核心挑战，本研究创新设计了一种钒酸根(VO₄³⁻)修饰的NiFe LDH催化剂(VO₄³⁻-NiFe LDH/VO_x/NF)，其独特的结构通过层间VO₄³⁻静电屏蔽与表面VO_x动态转化的双重机制协同阻断Cl⁻侵蚀路径。该催化剂在碱性海水中展现出卓越的稳定性：在1000 mA cm⁻²高电流密度下稳定运行超3500 h，并在膜电极组件（MEA）中维持2500 h性能无明显衰减。

原位表征表明在阳极电位下表面VO_x可以动态转化为VO₄³⁻并形成氢键网络，该网络通过双重调控增强选择性：一方面稳定关键反应中间体OH⁻吸附，另一方面排斥Cl⁻。理论计算进一步揭示，NiFe LDH在OER过程中产生的氧空位（O_v）是Cl⁻吸附的优先位点，并触发“吸附-腐蚀-空位增加”的自我强化腐蚀循环。本研究可以通过双VO₄³⁻体系彻底中断该循环：层间VO₄³⁻的强静电排斥阻断Cl⁻向层间/体相扩散，从源头抑制氧空位被Cl⁻占据；而表面原位形成的VO₄³⁻则通过氢键网络增强对OH⁻的亲和力并物理阻挡Cl⁻，形成“静电屏蔽-化学排斥”协同的双重抗腐蚀防线。这一机制创新为设计高稳定性海水电解催化剂提供了新思路，推动氢能产业向海洋资源拓展。

该研究成果以广西大学化学化工学院为第一通讯单位，尹诗斌教授为通讯作者，2023级硕士尹书萱为论文第一作者。该工作得到了广西自然科学基金、国家自然科学基金和广西大学高性能计算平台的资助和支持。

图1. 材料表征。(a) 合成过程示意图；(b) VO₄³⁻-NiFe LDH/VO_x/NF与NiFe LDH的XRD图谱；(c) 拉曼光谱；(d) VO₄³⁻-NiFe LDH/VO_x/NF的SEM图像；(e) TEM图像；(f) HRTEM镜图像；(g) SEM图像及对应元素分布图；(h-j) V 2p、Ni 2p和Fe 2p的HRXPS光谱。

图2. (a) 制备催化剂在1.0 M KOH+ 0.6 M NaCl溶液中的OER极化曲线；(b) Tafel曲线；(c)阻抗谱图；(d) 在1000 mA cm⁻²条件下恒电位法稳定性评估；(e) 与其他研究的稳定性对比；(f) 电解膜电极组件稳定性性测试。

图3. VO₄³⁻-NiFe LDH/VO_x/NF纳米纤维复合材料的抗腐蚀性能：(a) 电子顺磁共振谱；(b, c) 稳定性测试后HRXPS谱；(d, e) 电位依赖性原位Raman谱；(f) 时间依赖性原位Raman谱；(g) FT-IR光谱图；(h) 抗腐蚀机理示意图。

图4. NiFe LDH腐蚀机理解析。(a) NiFeOOH的O_v上Cl⁻与OH⁻吸附能计算对比；(b) O_v形成能计算；(c) −COHP分析；(d) NiFeOOH与NiFeOOH-Cl的PDOS；(e) NiFeOOH与NiFeOOH-O_v-Cl的示意能带图；(f) 腐蚀机理示意图：Cl⁻优先吸附引发的自强化腐蚀循环，最终导致NiFe LDH结构快速降解。

图5. VO₄³⁻修饰催化剂双重调控机制的理论研究。(a) Cl⁻与OH⁻在不同模型上的吸附能比较。(b) NiFeOOH-V_I在Z方向的电荷密度分布；(c) NiFeOOH-V_I电荷密度差；(d, e) V_S/NiFeOOH与NiFeOOH的扩散路径模型及能量势垒；(f) V_S/NiFeOOH的静电势分布；(g) 电极表面的侧视截面；(h) V_S/NiFeOOH的氢键密度分布；(i) Ni−Cl的径向分布函数g(r)及Cl⁻浓度c(r)随电极距离的变化关系。