近日，我组在《Advanced Science》发表题为“Praseodymium-Modulated NiFe Layered Double Hydroxide with Enhanced Oxygen Evolution Activity and Extended Durability”的论文。该工作通过Pr掺杂同步调控NiFe-LDH电子结构与孔结构，提升碱性OER活性和耐久性，并在AEM电解槽中实现超过1000 h稳定运行。

碱性水电解制氢前景广阔，但阳极OER动力学缓慢，高电流密度下过电位高。NiFe-LDH组成可调、活性位点丰富，但存在纳米片堆叠、中间体吸附偏离最优、长期电解金属溶出与重构等问题。稀土离子具有独特4f构型、强Lewis酸性和高亲氧性，可通过RE-O-M桥调节电子结构并优化孔结构，但其协同机制尚不清晰。

研究人员采用一步水热法制备Ni₂Fe_1-xPr_x-LDH。XRD显示，Pr掺杂至x=0.12时层间距由0.76 nm扩大至0.81 nm；HAADF-STEM证实Pr³⁺以原子级分散取代进入晶格。BET/BJH分析表明，BET比表面积增加13.4%，平均孔径减小12.8%，有利于电解质扩散和气体释放。

XPS和XAFS显示，Ni、Fe峰向低结合能移动约-0.3 eV，电子密度增加；Pr为+3价。XANES表明Ni/Fe平均氧化态降低；EXAFS显示Ni-O键长由1.590 Å增至1.618 Å，Fe-O达1.603 Å。强Pr-O共价键驱动电子向Ni-O/Fe-O桥转移，降低NiOOH形成能，优化中间体吸附。

电化学测试中，Pr为La、Ce、Pr、Nd中最优掺杂元素。Ni2Fe0.88Pr0.12-LDH在10 mA cm^-2和500 mA cm^-2下过电位分别为198 mV和407 mV，远优于未掺杂样品的939 mV（500 mA cm^-2）。500 mA cm^-2下，未掺杂样品1350 h后过电位上升200 mV，而掺杂样品2190 h才达到相同漂移，寿命提高约1.6倍。200 h后ICP-OES显示组成稳定，金属溶出可忽略。

原位拉曼和DFT揭示机理：NiII-OH和NiII-O随电位升高转变为NiOOH。DFT显示，原始Ni2Fe-LDH决速步为O→OOH，能垒0.74 eV；Pr掺杂后切换为OH→O，能垒降至0.28 eV。Ni 3d带中心由-1.75 eV下移至-1.82 eV；Ni-O的ICOHP由-2.873 eV变为-2.938 eV，共价性增强。电荷经Pr→Fe→Ni级联转移，既富集Ni电子密度，又稳定Fe。

将Ni₂Fe_0.88Pr_0.12-LDH用作AEM电解槽阳极，在1 M KOH、60°C、500 mA cm^-2下连续运行超过1000 h，电压漂移0.202 V，平均降解速率约0.20 mV h^-1。1000 h后Fe损失约3.69 μg cm^-2，Pr损失约0.363 μg cm^-2，组成稳定。该工作首次展示稀土掺杂LDH阳极AEM电解槽稳定运行超过1000 h。

该研究提出Pr诱导的双电子与孔工程策略，为高性能、耐久LDH基OER催化剂设计提供了新思路。第一作者为我组博士后高元明。该工作得到国家自然科学基金、内蒙古自治区一流学科科研专项、中央引导地方科技发展资金、重大科技专项等项目资助。