电化学全解水、CO2还原以及可充电金属-空气电池等可持续新能源体系已经在学术界以及工业界引起了广泛的研究兴趣。但是，由于水氧化过程的缓慢动力学，这些技术还难以获得令人满意的转换效率。因此，设计高性能的电催化剂以克服反应能垒从而加速电化学反应动力学是十分重要的。Ni-Fe氧化物/氢氧化物已经展现出类似于贵金属（Ru/Ir基）的电催化性能，成为了极具潜力的电催化剂。已经开发了很多自下而上的制备方法，比如水热法、电沉积法等，用于合成Ni-Fe氧化物/氢氧化物，但是这些方法通常需要苛刻的条件以及复杂的工艺才能实现纳米结构的可控制备，因此难以大规模生产。因此，开发自上而下的方法制备Ni-Fe氧化物/氢氧化物是十分有必要的，但是仍然具有挑战性。

         鉴于此，华中科技大学的夏宝玉教授课题组受到自然界腐蚀现象的启发，设计了一种新型的自上而下的方法制备NiFe氢氧化物，以及相转变为NiFe羟基氧化物用于高效的水氧化电催化，将传统的腐蚀工程与纳米技术有机地结合，为设计新型的电催化剂提供了思路。
       本文要点：
       1) 通过模拟自然界的腐蚀条件，将泡沫镍可以直接腐蚀成NiFe氢氧化物，所获得的产物呈现出纳米片阵列的形貌。随后通过电化学活化，可以将NiFe氢氧化物相转变为NiFe羟基氧化物纳米片阵列。
       2) 经过活化相转变以后，所制备的催化剂在10 mA·cm−2的电流密度下具有275 mV的低过电位，同时表现出出色的稳定性。
       3) 通过实验与理论计算相结合，通过腐蚀工程诱导氢氧化物的形成以及其向羟基氧化物的转变可以降低对反应中间体的吸附和脱附，从而有利于电催化性能的提升。
       Lanqing Gong, et al. Corrosion formation and phase transformation of nickel-iron hydroxide nanosheets array for efficient water oxidation. Nano Res., https://doi.org/10.1007/s12274-021-3366-3.

随着能源短缺和环境污染问题的日益严峻，太阳能/风能等可再生清洁能源占据越来越重要的位置。开发新型高效的能源存储与转换技术（如燃料电池、金属-空气电池和电解水产氢）已然成为新能源产业发展的关键环节。其中，氧催化反应，即氧还原反应和氧析出反应，是众多能源存储与转换器件的核心反应，其性能直接决定着新能源器件的工作效率。因此，设计开发高性能氧电催化剂是促进新能源存储与转换器件发展应用的关键。基于多年的研究努力，已有多种类型的高效氧催化剂被开发，包括贵金属基材料，过渡金属基材料以及碳基材料等。同时，针对不同类型的氧催化剂，科研人员进一步开发出多种技术策略在不同层面（形貌结构，化学组成以及电子结构）对其性能进行优化。

       最近，华中科技大学夏宝玉教授团队联合韩国成均馆大学Ho Seok Park(朴皓錫)教授团队，应邀在Advanced Functional Materials上发表题为“Advanced Oxygen Electrocatalysis in Energy Conversion and Storage”的综述文章，全面地概述了近年来已开发的高效氧催化剂以及其在新能源存储与转换器件应用中取得的进展。该综述围绕电催化氧还原与氧析出反应，分别将电催化剂分为贵金属基、过渡金属基和碳基材料，探讨了不同类型催化剂的电催化机理，并重点分析了其结构与催化活性和性能关系。作者进一步总结了氧电催化剂在新能源存储与转换器件领域的最新进展，阐述了催化材料工作机制，并详细讨论了相关影响因素。最后，作者展望了未来高效氧催化剂开发的机遇与挑战，并对其在合成技术、催化机理以及表征手段等方面的发展提出了建设性的见解。
       本文旨在为未来高效稳定的氧电催化剂设计开发提供思路与借鉴。相关工作发表于Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.202007602）上，华中科技大学杨欢博士和韩国成均馆大学韩晓彤博士为本文共同第一作者，华中科技大学夏宝玉教授和韩国成均馆大学Ho Seok Park(朴皓錫)教授为共同通讯作者。

便携式电子产品和电动汽车对能源的需求成为了促使高效储能技术快速发展的动力。超级电容器是介于电容器和电池之间的储能器件，它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电池的储能特性，具有高能量密度、快速充电速率和优异的长循环稳定性等优点。金属有机框架材料（MOFs）是由金属离子或金属簇与有机配体通过自组装配位形成的化合物。由于其高比表面积、可控的多孔结构、和丰富的拓扑结构而被广泛应用于储能领域。考虑到MOFs材料中的金属组分对电化学性能的影响和贡献，通过活化金属离子来提升电极材料的性能是目前常见的方法，然而这种活化却往往伴随着结构的严重破坏而不能最大限度地增强材料的电化学性能。

    华中科技大学夏宝玉课题组通过氧化还原策略来调控双金属Co-Ni MOF纳米薄片的结晶性和电子结构来增强材料法拉第电容。依次通过硼化和硫化处理后，得到稳定低价的混合价态的Co-Ni MOF衍生物（Co-Ni-B-S）。该衍生物不仅保存了原始Co-Ni MOF的结构完整性，活化后表现为部分晶态和非晶态共存的结构，有利于实现优异的电化学性能。测试结果表明：（1）活化后的Co-Ni-B-S样品在1 A g-1的电流密度下，可达到1281 F g-1的高比电容；（2）在20 A g-1的电流密度下，可达到802.9 F g-1的高比电容，具有出色的倍率性能；（3）经过10,000次循环后容量保留率可达到92.1％，表现出优良的循环性能稳定性。基于Co-Ni-B-S电极制造的储能装置在功率密度为857.7 W kg-1时表现出50.0 Wh kg-1的高能量密度，在12 A g-1下经过5000次循环，容量保持率可达到87.7％。同时，在以活性炭为负极组装的超级电容器器件的测试中，发现器件在水系电解液中可以得到1.7 V的高电压，给此材料的应用提供了更多的可能性。
    该工作所制备的材料不仅具有优异的电化学性能，还可以拓展到其他相关的能量转换技术，为调控MOFs的电子结构及构建高效的电极材料提供了新思路。相关成果在线发表于Adv. Mater.（DOI: 10.1002/adma.201905744）。
    原文链接：
https://www.materialsviewschina.com/2019/11/41402/
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201905744