開發工業條件下具有長期催化耐久性和結構穩定性的非貴金屬催化劑，對於實作堿性陰離子交換膜（AEM）水電解實用化的關鍵。基於此， 美國休斯頓大學任誌 鋒 教授等人 報道了一種節能合成富含缺陷鐵鎳（FeNi）氫氧化物的方法，以提高析氧反應（OER）的穩定性和效率。最佳化後的 d -(Fe, Ni)OOH催化劑在實驗室和工業條件下均表現出優異的催化活性和長期耐久性，其中大面積的d-(Fe, Ni)OOH||NiMoN對在AEM電解槽中，在12.5 A的絕對電流下，需要1.795 V即達到500 mA cm−2的電流密度，用於整體水電解，顯示出巨大的工業水電解潛力。
透過密度泛函理論（DFT）計算，作者研究了催化機理。文中，作者構建了FeOOH、(Fe, Ni)OOH和 d -(Fe, Ni)OOH三種模型來研究OER過程中涉及的基本步驟。
(Fe, Ni)OOH和 d -(Fe, Ni)OOH的態密度（DOS）值在費米能階附近呈連續分布，與FeOOH相反，表明Ni的引入可以將非金屬FeOOH調整到金屬態，而缺陷的產生並不能消除該特征。(Fe, Ni)OOH的電荷密度差顯示，在Fe和Ni位點之間的O位點上有明顯的電子積累，表明這些原子之間存在電荷交換和電子調節。
在 d -(Fe, Ni)OOH中形成氧缺陷後，Fe和Ni位點都發生了電子積累，而缺陷位點則發生了強烈的電子消耗，有利於缺陷位點堿性電解質中帶負電荷OH-的吸收和隨後的OER。對於(Fe,Ni)OOH，第四步Fe位點的ΔGmax值為2.011 eV，遠低於第二步Ni位點的ΔGmax值，表明(Fe, Ni)OOH中的Fe位點更有可能是OER催化的活性位點。
結果表明，FeOOH和(Fe, Ni)OOH的RDS都是在Fe位點解吸生成O2，而Ni的引入加速了Fe位點的該過程，降低了(Fe, Ni)OOH中OER的活化能壘，第三步 d -(Fe, Ni)OOH的ΔGmax值為1.478 eV，生成*OOH的O-O鍵形成是該催化劑的RDS。氧缺陷可以進一步調節Fe和Ni位點上的電荷交換和電子再分配，使得 d -(Fe, Ni)OOH成為雙活性催化劑。
Boosting Oxygen Evolution Reaction of (Fe, Ni)OOH via Defect Engineering for Anion Exchange Membrane Water Electrolysis Under Industrial Conditions. Adv. Mater., 2023 , DOI: ht-tps://doi.org/10.1002/adma.202306097.
