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焦耳加热技术如何优化OER电催化剂的催化性能和稳定性？ 已有1人参与
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焦耳加热技术主要通过以下几种方式优化OER（析氧反应）电催化剂的催化性能和稳定性： 1. 通过合金化策略调控电子结构 焦耳加热技术能够快速合成多组分合金催化剂，通过精确调控元素的组成，优化催化剂的电子结构，从而降低反应能垒。例如，通过焦耳加热技术制备的Ru-Fe合金纳米颗粒，其OER性能优于纯Ru催化剂。[70] 理论计算表明，Fe的掺杂导致Ru的d带中心从-1.36 eV（RuO₂）上移至-1.06 eV（Ru₂/₃Fe₁/₃O₂），这优化了OER中间体的吸附能，降低了决速步（RDS）的能垒，从而显著提升了催化活性[77]。该催化剂在10和100 mA cm-²电流密度下的过电位分别仅为188和269 mV[70]。 2. 诱导原位表面重构形成稳定活性层 焦耳加热制备的催化剂在OER过程中会发生有利的动态表面重构，形成真正的高活性稳定相。以RuFe@CF催化剂为例，在酸性OER过程中，其表面的Ru⁰会转变为Ru⁴⁺，形成一层具有保护作用的RuO₂活性层。[70][75] 与纯Ru相比，Fe的加入有效抑制了催化剂表面的溶解，通过原位重构形成的稳定氧化物层极大地增强了催化剂的长期运行稳定性和耐用性[70]。 3. 构建异质结构与多组分协同效应 焦耳加热技术可用于构建具有异质界面的多组分催化剂，利用不同组分间的协同效应来提升催化性能和稳定性。例如，通过电沉积结合焦耳加热技术制备的Fe-NiO/MoO₂纳米球催化剂，其Fe/Mo共掺杂显著优化了OER反应中间体的吸附能，将决速步的能垒从3.40 eV（未掺杂的NiOOH）降低至1.85 eV。[89] 更重要的是，这种多组分设计还能提升催化剂在苛刻环境（如海水）中的稳定性。DFT计算表明，Fe和Mo的掺杂使得催化剂表面形成了一个富水层，该水层能有效排斥Cl-离子，从而抑制氯离子腐蚀，增强了材料在高盐度环境下的稳定性。[88][89] 总之，焦耳加热技术通过其独特的超快速、非平衡合成特性，能够精确设计合金组分、诱导有利的表面重构以及构建多功能异质结构，从而在电子和原子层面协同优化了OER电催化剂的活性和稳定性。【文献信息：Congqi Zhu, Dan Zhu, Fengyi Liu, Ruchun Li. Recent Advances in Joule Heating Ultrafast Technology for Electrocatalysis. iScience, 2026, 114602. ISSN 2589-0042, https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.114602.】   |
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