在綠氫制備領域，堿性電解水技術被視為最具發展潛力的路徑之一。然而，其陽極析氧反應（OER）涉及四電子轉移過程，動力學反應遲緩，嚴重制約了整體水分解效率。尤其在復雜惡劣的海水環境中，不溶性雜質與氯氧化反應（ClOR）的疊加作用，進一步加劇了電極過電位升高和長期失活的風險。如何突破這一技術瓶頸，成為推動綠氫產業規?；瘧玫年P鍵。
燕山大學高發明教授、侯莉教授團隊近期取得突破性進展，設計開發了一種鐵與氧空位協同調控的鎳（氧）氫氧化物催化劑。該催化劑通過耦合吸附質演化機制（AEM）與晶格氧機制（LOM）雙路徑，成功打破了傳統單一機制催化劑難以兼顧高活性與高穩定性的困境。相關研究成果以《鐵和氧空位協同調控AEM和LOM雙路徑機制用于水氧化》為題，于國際權威期刊《自然·通訊》發表。
研究團隊以Fe-Ni2P/NiMoO4復合材料為預催化劑，通過電化學活化構建了鐵和氧空位共調節的γ-NiOOH（OV-Ni(Fe)OOH）活性相。實驗表明，鐵與氧空位的協同作用使Ni-O鍵處于“適宜共價性窗口”，同時激活了Ni位點的AEM路徑與O位點的LOM路徑。這一設計巧妙解決了傳統催化劑的矛盾：AEM路徑因OH和OOH中間體的線性標度關系導致理論過電位較高，而LOM路徑雖通過O-O直接耦合降低過電位，但晶格氧的反復流失會破壞催化劑結構穩定性。團隊形象地將兩者比喻為“金屬路線”與“氧路線”——前者路面堅實但易堵車，后者暢通無阻卻地面易塌陷。
為驗證雙路徑耦合機制，研究團隊綜合運用同位素標記原位差分電化學質譜、表面增強原位紅外吸收光譜等先進表征技術，并結合密度泛函理論計算。結果顯示，氧空位優化了Ni位點AEM路徑的反應動力學，而鐵的引入顯著提升了晶格氧活性。進一步通過恒電位投影態密度分析與恒電位從頭算分子動力學模擬發現，高電位下適當氧空位可增強Ni位點對中間體的吸附能力，同時抑制晶格氧活性，從而在保證OER活性的前提下提高了催化劑的結構穩定性。
電化學性能測試顯示，活化后的催化劑在堿性淡水與海水中分別僅需274.5 mV和299.1 mV的過電位即可驅動1.0 A cm-2的工業級電流密度。在1.0 A cm-2條件下，該催化劑可穩定運行1000小時（堿性淡水）和500小時（堿性海水），展現出優異的催化活性與耐久性。當裝配于陰離子交換膜電解槽后，持續電解海水500小時性能無明顯衰減，充分證明了其在工業電解水制氫領域的巨大應用潛力。
這項成果不僅為非貴金屬催化劑提供了“雙機制耦合”的新設計范式，更為我國綠氫產業實現“海水直供、設備長壽命”的工業目標提供了關鍵技術支撐。通過原子尺度解析鐵和氧空位對Ni、O位點電子結構的調控作用，研究團隊為后續開發其他雙路徑機制催化劑奠定了通用理論框架。
