大规模工业碱性电解水（AWE）是可再生能源转化与存储领域的核心支撑技术，但阳极迟缓的析氧反应（OER）严重制约其规模化应用。镍铁层状双金属氢氧化物（NiFe LDH）作为最具OER催化潜力的非贵金属材料之一，在高电流密度、高温、浓碱的实际工况下，其高本征催化活性极易快速衰减。这种稳定性衰减的诱因包括铁元素失稳与多相界面传质受阻。构建催化剂-电解液界面层是同步攻克上述耦合难题的有效思路。现有表面改性手段主要通过强化铁的配位作用或构筑阻隔层抑制金属离子向外扩散，但这类策略通常无法调控铁元素短暂溶出后的演化路径，或会阻碍反应物接触活性位点。
小型工业碱槽组装及性能
针对该问题，西安交大肖春辉教授和曾令有研究员提出了一种设计概念，即在NiFe LDH上使用超薄聚丙烯酸钠（PANa）水凝胶层作为空间限制、传质允许的界面，以动态稳定铁位点并增强多相界面传输，从而提高百瓦级AWE中OER耐久性。PANa界面将不受控制的Fe溶解/偏析转化为界面限制和自我调节的溶解-再沉积过程，其中羧酸盐介导的Fe-O-C配位通过抑制过度氧化在热力学上稳定晶格Fe，而水合聚合物网络在动力学上将瞬时溶解的Fe保留在界面区域内，并有利于其重新结合以实现均匀的活性相再生。同时，富含羧酸盐的骨架重组了界面氢键网络，通过其亲水疏气的多孔结构加速OH-的传输并促进O2的快速脱附。在规模为600 W的工业碱槽（总阳极面积679 cm2）中，PANa/NiFe LDH阳极在0.5 A cm-2下稳定运行超2500小时，能耗低至4.25 kWh Nm-3 H2，预计氢气生产成本低至US$ 2.38 kg H2-1。
上述研究成果近期以“聚合物水凝胶界面层协同优化界面传质与铁位点稳定，用于百瓦级碱性电解水制氢”（Polymeric Hydrogel Interphase Enables Transport-Compatible Fe Stabilization for Hectowatt-Scale Alkaline Water Electrolysis）为题发表在化学领域国际权威期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。西安交通大学未来技术学院博士生宋文雨、物理学院博士生张月飞为本文共同第一作者，通讯作者为西安交大化学学院肖春辉教授、曾令有特聘研究员。特别感谢西安交通大学何雅玲院士和化学学院丁书江教授对该工作给予的细心指导与支持帮助，感谢国家自然科学基金的资助。论文得到了西安交通大学分析测试共享中心和国家储能技术产教融合创新平台（中心）提供的支持，其中特别感谢周国庆老师和梁艳老师对飞行时间二次离子质谱表征的协助，以及耿直老师在电化学原位拉曼/红外表征和材料测试分析方面提供的支持。
论文链接地址：https://doi.org/10.1021/jacs.6c07808
肖春辉教授课题组主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/chunhuixiao
曾令有特聘研究员课题组主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/lingyou.zeng
