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近日，上海大学材料科学与工程学院邹星礼教授团队在国际知名期刊《Journal of Materials Science & Technology》上发表重要研究论文，为解决电解水制氢中的关键瓶颈——析氧反应（OER）催化剂稳定性难题，提供了创新性解决方案。 为实现“绿氢”能源的愿景，电解水制氢是理想技术，但其析氧反应环节存在动力学瓶颈。尽管过渡金属硫化物（如Ni3S2）因优异导电性、反应动力学而被视为替代贵金属的有前景材料，但其自身在反应中结构不稳定的问题，严重限制了实际应用。 近年来，高熵先进功能材料的兴起，为材料设计带来了全新思路。受“高熵效应”启发，研究团队创新性地提出“高熵掺杂”策略，成功开发出一种兼具高活性与超长稳定性的镍硫化物析氧催化剂（图1）。该研究结合原子尺度理论模拟与多维度原位表征技术，系统揭示了高熵掺杂对材料电子结构与催化行为的调控机制，阐明了其性能显著提升的内在原因。
图1 高熵掺杂Ni3S2 OER性能展示 研究发现，高熵掺杂硫化镍存在晶格收缩和紧密的Ni 3d−S 3p轨道重叠，大大加强了Ni-S共价键，减轻了Ni和S的溶解（图2）。丰富的硫空位和镍与掺杂剂之间的相互作用也协同优化了镍活性位点的电子结构和吸附能，从而降低了OER的能垒。得益于此，高熵掺杂硫化镍在1 M KOH中以100 mA cm−2的电流实现了265 mV的超低过电位。更突出的是，其在500 mA cm−2的高电流密度下连续运行2400小时（100天）未出现明显衰减，展现出前所未有的稳定性。在近似工业条件的严苛环境下（60°C，30 wt% KOH），基于该催化剂的电解槽同样稳定运行超过1200小时（50天）。本研究提出的高熵掺杂策略，不仅为设计开发高性能、长寿命的析氧催化剂开辟了新路径，也为推动电解水制氢技术的工业化进程提供了坚实的材料基础。
图2 高熵掺杂Ni3S2 OER稳定性提升机理解析 该研究得到了国家自然科学基金（52374307；52022054；52334009；52304331；62474047）、国家重点研发计划项目（2022YFC2906100）、上海市教育委员会创新计划（2023ZKZD48）、以及上海市科学技术委员会（24ZR1424700）等的资助。 https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.10.054 |
