电催化水分解作为一种可持续制氢技术受到广泛关注。然而，阳极析氧出反应(OER)动力学缓慢，极大地限制了水分解的效率。因此，开发高性能的OER催化剂对于深入理解OER催化机理具有重要意义。根据反应过程关键反应中间体的转化步骤，OER机理涉及两条反应途径：吸附质演化机理(AEM)和晶格氧机理(LOM)。在电化学氧化还原测试中，金属位点是氧化还原中心，在反应中涉及多个高度相关的氧中间体，导致最小过电位为0.37 V的热力学极限。对于LOM，氧位点作为氧化还原中心被激活，这打破了AEM的标度关系极限。

然而，由于晶格氧的参与以及氧空位的形成和重新填充，LOM途径容易导致催化剂的结构崩溃和催化性能下降。通过同时触发金属和晶格氧位点的氧化还原来构建AEM-LOM兼容机制可以结合每个途径的优点并协调OER催化活性和稳定性。

在目前的催化体系中，由于单一组分和配位环境，电子转移过程发生在金属位点或晶格氧位点，这取决于金属和氧带相对于费米能级的位置。因此，开发一种能够同时激活金属和晶格氧的耦合催化系统仍然面临重大挑战。

近日，武汉理工大学木士春课题组以NiMoO₄水合物为预催化剂，Fe和S为调节剂，通过化学腐蚀共同引入，诱导了大量的结构缺陷，促进了电化学活化过程中完全重构为R-NiFeOOH@SO₄。阳极活化触发金属和晶格氧中心的氧化还原，并涉及氧空位的形成和重新填充。R-NiFeOOH@SO₄催化剂在1.0 M KOH溶液中达到100 mA cm^-2电流密度所需的过电位为251±5 mV。

此外，组装的Pt/C||R-NiFeOOH@SO₄电解槽分别在仅1.441和1.618 V的电池电压就能驱动10和100 mA cm^-2的电流密度，显著优于商业Pt/C||RuO₂。另一方面，R-NiFeOOH@SO₄在经过3000次CV循环后没有观察到明显的活性衰减，甚至可以在100和500 mA cm^-2下保持稳定运行300小时，充分说明了其优异的OER催化稳定性。

原位光谱表征和理论计算表明，在Fe和S的共调节下，R-NiFeOOH@SO₄在反应过程中同时遵循AEM和LOM途径。作为AEM途径活性中心的Fe物种引入可以优化OER中间体的吸附，而S的引入可以显著刺激OER的晶格氧活性，增加OER的LOM途径占有率。在Fe和S的共调节作用下，R-NiFeOOH@SO₄体系最大限度地利用了表面金属和氧活性中心，提高了OER催化活性。

总的来说，该项工作通过提供高度可用的活性中心同时激活金属和晶格氧中心来构建兼容的多机制催化剂，实现了高效稳定催化OER，为理解OER机理以及设计高性能的催化剂提供了独特的见解。

Fe-S dually modulated adsorbate evolution and lattice oxygen compatible mechanism for water oxidation. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-52682-y