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氢气具有燃烧热值高、清洁无污染和可利用形式多样等诸多优点，是一种理想的能源载体。电解水是一种清洁、可持续大规模制备氢气的方法。电解水反应包括产氢（HER）和析氧（OER）两个半反应。其中，降低产氢和析氧反应的过电位是目前研究的技术难题，关系到相关技术是否可以进行实际应用。迄今为止，贵金属Pt和RuO2/IrO2分别是公认的非常高效的HER和OER催化剂材料，但其较高的成本和有限的资源限制了这些材料的广泛应用。另一方面，目前报道的大部分催化剂只能单一地在酸性电解液里催化HER或者在碱性电解液里催化OER，用于全分解水的性能仍不能令人满意。因此，发展非贵金属双功能水分解电催化剂成为近几年的研究热点。

图1.（a）Cu

NiFeLDH催化剂的三维核壳结构示意图；（b）Cu

NiFeLDH的TEM图像

最近，美国休斯顿大学的任志锋、陈硕教授课题组和华中师范大学的余颖教授课题组合作，从催化剂的微观形貌设计入手，将铜纳米线和镍铁双金属层状氢氧化物(NiFeLDH)复合，在泡沫铜基底上巧妙地制备了两者的三维核壳纳米结构（图1a）。该催化剂电极具有特殊的三维核壳纳米结构、超大的比表面积和丰富的活性位点（图1b）。而且，Cu纳米线优异的导电性有利于电子从Cu纳米线向NiFeLDH纳米片转移。另外，NiFeLDH具有独特的层状结构，层与层之间的间隙为气体分子的快速释放提供了开放通道（图1a），为电极在高电流密度下的优异性能提供了保障。因此，在碱性电解质中，该三维核壳结构的复合电极对OER和HER同时表现出优异的电催化活性和稳定性。在1M的KOH溶液中，该电极产生的10mA?cm-2电流密度对应的过电位分别为mV（OER，图2a）和mV（HER，图2b）。与此同时，在OER高电流密度和0mA?cm-2的输出下，该电极所需的过电位分别是和mV（图2a），优于已报道的大多数非贵金属催化剂。将该电极应用于全分解水反应，在1.54和1.69V的电压下就能分别产生10和mA?cm-2的电流密度（图2c），其性能优于目前最好的Pt/IrO2全解水体系，特别是在高电流密度条件下远远超过Pt/IrO2。此外，该电极无论对OER和HER的半反应（图2d,2e）还是全分解水反应（图2f）都表现出优异的稳定性。催化电极的制备方法简单、耗能低、无污染，而且适合制备大尺寸的样品，具有良好的应用前景。

图2.Cu

NiFeLDH电极的电催化活性和稳定性表征：（a）（d）1.0MKOH中的OER；（b）（e）1.0MKOH中的HER；（c）（f）1.0MKOH中的全电解水反应

相关成果近期发表在EnergyEnvironmentalScience上,文章的第一作者是华中师范大学与美国休斯顿大学联合培养的博士生余罗。研究工作得到了美国能源部、中国国家自然科学基金、国家留学基金委等项目的资助。

该论文作者为：LuoYu,HaiqingZhou,JingyingSun,FanQin,FangYu,JimingBao,YingYu,ShuoChenandZhifengRen

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