電催化水分解是一種綠色且可持續的制氫手段。然而，水分解技術的廣泛應用將導致淡水的大量消耗，而這無疑增加了制氫的成本。最近，通過海水電解實現H₂生產吸引了人們的注意，越來越多的研究工作正在推動這項技術更接近實際應用。值得注意的是，海水中氯離子(Cl^?)及其衍生物(如次氯酸鹽)在海水氧化過程中都會不斷和積極地腐蝕電極，導致催化劑快速失活。堿性海水使OER的熱力學勢比氯離子的熱力學勢低約480 mV，這意味著足夠高的水氧化活性可以直接限制Cl^?轉化為活性氯衍生物的轉化。

然而，在大電流下，大多數OER催化劑在堿性海水中的過電位超過了480 mV，這不利于實現工業級海水電解產氫。因此，探索能夠在工業級電流密度下維持高OER活性并很好地抑制氯相關反應的催化劑是推動海水電解實際應用的關鍵。

近日，山東師范大學唐波、孫旭平、東南大學鞏峰和電子科技大學王焱等報道了一種自適應催化劑((NiFe)C₂O₄/NF)，可以實現原位碳氧陰離子自轉化(COST，從C₂O₂^2?到CO₃^2?)，以抑制材料吸附Cl^?。

原位/非原位光譜研究表明，(NiFe)C₂O₄/NF的COST誘導催化劑表面優先吸附自釋放的CO₃^2?，有效地排斥Cl^?。同時，在長期堿性海水氧化(ASO)過程中，這種自發COST相對穩定：CO₃^2?/C₂O₂^2?比值(從300到600小時)和C₂O₂^2?與CO₃^2?與總碳的比例波動較小。更重要的是，這種COST還加速了材料轉化為無序的NiOOH，在保證材料不受Cl^?腐蝕的同時，促進了OER活性。

因此，所制備的(NiFe)C₂O₄/NF催化劑對ASO表現出優異的活性，在1 A cm^?2電流密度下的過電位僅為349 mV，優于大多數以前報道的催化劑。此外，(NiFe)C₂O₄/NF在1 A cm^?2電流密度下連續運行600小時，活性衰減可忽略不計。

值得注意的是，在不對稱堿性海水PEM系統中，(NiFe)C₂O₄/NF產生的H₂的法拉第效率約為100%，顯示出巨大的實際應用潛力。總的來說，該項研究不僅提供了一種有效的催化劑表面設計理念，并為在電解堿性海水-H₂轉化系統中保護Ni基催化劑高價態金屬活性位點(延長壽命)提供了思路。

Carbon oxyanion self-transformation on NiFe oxalates enables long-term ampere-level current density seawater oxidation. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202316522