一、研究背景：AEM 电解水的"活性—稳定性"难题
阴离子交换膜（AEM）电解水技术被视为绿氢规模化制备的"黄金中间路线"——它既保留了碱性（ALK）体系低成本、非贵金属的优势，又兼具质子交换膜（PEM）体系高电流密度、快速启停的特点。然而，作为制约整体能效的核心半反应，阳极析氧反应（OER）在强腐蚀性环境中动力学迟缓，现有催化剂往往难以同时兼顾高活性与长寿命。
尤其当电流密度迈向工业级（≥1 A·cm⁻²）时，非贵金属催化剂更易因结构重构而快速衰减。如何设计一种高活性、长寿命且低成本的阳极电极，成为 AEM 制氢走向产业化的关键瓶颈。
二、核心突破：五元高熵反式钙钛矿一体化电极
近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所孟国文、陈斌研究团队在 ACS Nano 发表成果，提出一种泡沫镍（NF）负载的高熵反式钙钛矿一体化电极 InN(NiCoFeCrV)₃@NF，在反式钙钛矿（AXB₃）骨架的单一 B 位点实现了 Ni/Co/Fe/Cr/V 五元金属元素的精准调控。
结构表征显示，相较一元 InNNi₃，高熵化使晶胞体积显著增大，A 位 In 原子柱与 B 位金属原子柱呈现交替有序排列，确证了高熵反式钙钛矿的成功构筑；X 射线光电子能谱进一步证实，B 位多元金属的高熵效应引发了结合能偏移与金属间电荷转移，为表面原位重构与高效 OER 提供了电子结构基础。
- 🧪 五元高熵设计：Ni/Co/Fe/Cr/V 协同调控 B 位，打破单一元素的性能天花板
- ⚙️ 一体化电极：催化剂直接生长在泡沫镍集流体上，大幅降低集流体—载体界面电阻
- 📊 电荷转移增强：B 位金属间电荷转移促进电极表面原位重构，激活 OER 活性位点
三、性能跃升：低过电位与工业级长寿命
在 1.0 M KOH 电解液中，该一体化电极展现出优异的 OER 性能：100 mA·cm⁻² 电流密度下过电位仅为 279 mV，并可连续稳定运行超过 500 小时。将其与 Pt/C 阴极分别组装为碱性电解槽与 AEM 电解槽后，器件性能同样亮眼。
| 器件 / 指标 | OER（三电极） | 碱性电解槽 | AEM 电解槽 |
|---|---|---|---|
| 电流密度 | 100 mA·cm⁻²（过电位 279 mV） | 500 mA·cm⁻² | 500 mA·cm⁻² |
| 对应槽电压 | — | 1.558 V | 1.662 V |
| 稳定性表现 | >500 h | — | >400 h 无明显衰减 |
可以看到，AEM 电解槽在 1.662 V 的低槽电压下即可驱动 500 mA·cm⁻² 的工业级电流密度，且 400 小时连续运行后性能未见明显衰减，充分展现了该电极从材料到器件的可放大潜力。
四、机理揭秘：高熵效应与 Mott-Schottky 双向协同
通过原位表征与理论计算，团队揭示了性能背后的双重增强机制。一方面，Cr 与 V 的可控溶出有效促进了反式钙钛矿的表面重构动力学，在反应起始阶段即生成高 OER 活性的非晶态羟基氧化物，同时完好保留材料内部晶体结构，从而兼顾"表面活化"与"整体稳定"。
另一方面，表层羟基氧化物半导体与内层类金属反式钙钛矿基底之间构筑了Mott-Schottky 异质接触界面，形成内建电场并打通快速电荷传输通道，显著提升了 OER 反应动力学。高熵效应与 Mott-Schottky 效应的双向协同，最终实现了高电流密度下高效、稳定的电解水制氢。
- 🔬 原位表征：实时捕捉 Cr/V 溶出与表面非晶化重构过程
- ✅ 结构稳定：表面活化不破坏体相晶体，避免传统催化剂"活化即失稳"
- ⚡ 内建电场：Mott-Schottky 界面加速电荷传输，降低过电位
五、产业启示：从新材料到 AEM 测试装备
这项研究为非贵金属、低成本、工业级 AEM 制氢提供了一条极具前景的电极材料新范式。但新材料从实验室走向器件，离不开对电极活性、寿命与一致性的系统化评测。要将这类一体化电极快速转化为可靠产能，精准的电解槽验证与膜电极（MEA）评测不可或缺。
在研发与中试环节，可借助 AEM电解槽测试系统 与 AEM电解水测试台 对电极开展极化曲线、长期恒流及频繁启停测试；通过 MEA膜电极测试夹具 与 电解槽测试夹具 保证电极—膜—扩散层界面的装配一致性；而 催化剂浆料制备（超声分散机、搅拌研磨机）、超声喷涂机、平板热压机 等装备，则是把高熵浆料高质量地转化为膜电极的关键工艺节点。合肥博格达氢能专注于 氢能测试设备 与 绿氢制备设备 的全链条研发，可为高校与院所的 AEM 电极研究提供从材料制备到性能验证的一体化支撑。
六、参考来源
本文引用的外部研究论文：
- J. Zhang, G. Meng, B. Chen et al. Defect-Driven Surface Reconstruction in High-Entropy Antiperovskite to Generate Mott–Schottky Interface for Boosting Oxygen Evolution. ACS Nano, 2026. DOI：10.1021/acsnano.6c02462
（本文基于公开科研进展整理。）
