近日，西北工业大学黄维院士团队艾伟教授、福建师范大学杜洪方副教授联合，在高性能电化学析气反应电极的可控制备与催化性能研究方面取得突破性进展。研究团队受农业培土工艺启发，通过一种磷化控制的限域生长策略，在泡沫镍上构筑了一系列纳米颗粒填充的纳米片阵列电极，并以析氧反应为例，揭示了纳米颗粒-纳米片在促进界面力学性能方面的协同机制和优异的电催化性能。该成果以 “Earthing-inspired nanoparticle-filled nanosheet arrays for robust and efficient electrochemical gas evolution catalysis”为题，于Advanced Materials期刊发表。

气体析出反应是能源转换与存储技术的核心，但在高电流密度下，快速、持续的气泡脱附所引发的催化剂剥落与性能衰减常常制约其实际应用。为了提高电极的机械稳定性，通常要求减少催化剂与气泡之间的粘附力，同时增强催化剂与基底之间的结合力。然而，传统的策略难以兼具以上两种功能（如使用粘结剂，构建纳米阵列结构等）。针对以上问题，艾伟教授课题组报道了一种独特的限域生长策略，构建了一系列具有不同填充量的纳米颗粒填充纳米片阵列结构（NP-NS/NF）。其中，适量纳米颗粒填充的NP-NS/NF电极（NP-NS/NF-M）通过纳米颗粒与纳米片的协同作用实现了双界面的同步优化。实验与有限元模拟表明，气泡在纳米片间隙内失稳所诱发的电解质流动促进了气泡脱附，从而降低了电催化剂-气泡界面的粘附力。同时，具有更大临界屈曲力的嵌入式纳米颗粒有效锚定了纳米片阵列，显著强化了电催化剂-基底的界面结合力。用作析氧反应电催化剂时，NP-NS/NF-M电极在1000 mA/cm²表现出仅256 mV的过电位，并能稳定运行2400小时。本工作凸显了纳米颗粒填充纳米片阵列结构在优化界面力学性能和开发高性能、长寿命电催化剂方面的巨大潜力。

（电极的结构表征与电化学性能）

该研究是课题组继发表NiOOH/FeOOH超结构析氧催化剂（Advanced Materials, 2021, 33, 202005587）、新型同源核壳RuP@RuP₂双功能电极（Advanced Materials, 2022, 34, 202204624）、自动态电解液中的气泡逸出机理（Advanced Materials, 2023, 35, 202307017）以及富异质界面纳米阵列电极（Angewandte Chemie International Edition, 2024, 64, e202422393）之后，在电催化电极材料设计领域取得的又一重要突破，为开发适用于大电流密度的高性能催化剂提供了新的思路。

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202514596

（文字：王珂 图片：王珂 审核：王学文）