鎳鐵基層狀雙氫氧化物析氧反應(yīng)研究進(jìn)展

蔣錢良， 徐京城

（上海理工大學(xué) 材料與化學(xué)學(xué)院，上海 200093）

鑒于持續(xù)的城市空氣污染、全球CO2排放和氣候變化，對(duì)低排放或零排放車輛的需求日漸增加，導(dǎo)致對(duì)新的和改進(jìn)的綠色替代能源的需求增加[1-2]。雖然太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮芎统毕苁堑湫偷目稍偕茉矗捎诩竟?jié)和地區(qū)因素，它們?cè)跁r(shí)間上是不可控制和不可預(yù)測(cè)的。以太陽能為例，太陽每天照耀時(shí)間有限，這種技術(shù)顯然受到溫度、空氣質(zhì)量和其他氣象條件的影響，這限制了它的廣泛適用性。因此，需要大規(guī)模的儲(chǔ)能方法或裝置。在各種可持續(xù)能源候選者中，氫燃料因其天然的優(yōu)勢(shì)而獲得了極大的關(guān)注[3-4]。氫氣是一種典型的無毒和環(huán)境友好的動(dòng)力源，可以從水中產(chǎn)生，而水是地球上豐富的反應(yīng)物，在轉(zhuǎn)化為其他能源時(shí)不產(chǎn)生CO2排放。此外，氫氣可用于內(nèi)燃機(jī)和燃料電池。因此，開發(fā)高效的基于氫氣的能源系統(tǒng)是必要的。通過電解水制氫作為一種高效清潔的方式，因其陽極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程緩慢限制了其被廣泛應(yīng)用[5]。鎳鐵基層狀雙氫氧化物(nickel-iron layered double hydroxide，NiFe-LDH)因其組分可調(diào)控的層狀結(jié)構(gòu)以及相較于貴金屬催化劑具備成本低廉、含量豐富等優(yōu)點(diǎn)，近年來成為了研究熱點(diǎn)。然而，其電導(dǎo)率低、活性位點(diǎn)暴露不充分等缺點(diǎn)，限制了其催化性能的進(jìn)一步提高。因此通過改性的方式進(jìn)一步改善NiFe-LDH 材料就顯得尤其重要[6–8]。近年來，出現(xiàn)了大量的理論和試驗(yàn)相結(jié)合的方法來制備高效的電催化劑[9–12]，然而，仍然沒有文章從計(jì)算和試驗(yàn)相結(jié)合的角度進(jìn)行總結(jié)。因此，本文重點(diǎn)介紹了結(jié)合試驗(yàn)和計(jì)算研究的相關(guān)文獻(xiàn)，并總結(jié)了改性NiFe-LDH 的最新研究進(jìn)展。

1 概 述

1.1 NiFe 水滑石表面結(jié)構(gòu)

水滑石是一種層狀材料，其由帶正電荷的主體層板和層間區(qū)域的電荷平衡陰離子構(gòu)成，分子式可表示為和M3+分別為二價(jià)和三價(jià)金屬陽離子，An?為插層陰離子[13-14]。其中M2+的M 可以是Ni、Mg、Ca、Mn、Co、Cu、Zn，M3+的M 可以是Al、Co、Fe、Cr，夾層陰離子通常是但其很容易被其他陰離子（如Cl?、Br?等）取代[10-11]。由于水滑石材料具備幾大優(yōu)點(diǎn)：1）大的表面–體積比；2）可調(diào)整的陽離子比率和可修改的暴露的尾部催化活性點(diǎn)的數(shù)量；3）可輕易修改的層狀結(jié)構(gòu)，例如，通過改變夾層陰離子和表面上其他功能粒子的組合；4）可調(diào)整的孔隙大小，有助于分子和離子的運(yùn)輸；5）層與層間陰離子的靜電相互作用，增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，因此其具備廣泛的應(yīng)用前景。電解水得到了越來越多的關(guān)注。由于NiFe-LDH（結(jié)構(gòu)如圖1 所示）中Ni 和Fe 之間的協(xié)同效應(yīng)，此外，超薄的特點(diǎn)提供了更短的電子擴(kuò)散長度，因此，被證明是一種最活躍的析氧反應(yīng)（oxygen evolution reaction, OER）催化劑之一。但NiFe-LDH 仍存在較差的電子/離子傳導(dǎo)性等問題，因此，通過結(jié)構(gòu)和成分調(diào)節(jié)策略等方式以解決上述問題，成為了目前研究的熱點(diǎn)。

圖1 NiFe-LDH 表面結(jié)構(gòu)Fig.1 Surface structure of NiFe-LDH

1.2 OER 機(jī)制

OER 是四電子轉(zhuǎn)移過程[15]，其機(jī)制非常復(fù)雜，相對(duì)于析氫反應(yīng)（hydrogen evolution reaction，HER）過程，其動(dòng)力學(xué)過程緩慢且需要更大的過電勢(shì)，這是限制電解水效率的關(guān)鍵因素。電解水的總反應(yīng)是：

其在酸性和堿性條件下的反應(yīng)過程如下：

酸性條件下，

堿性條件下，

圖2[16]顯示了NiFe-LDH 表面金屬位點(diǎn)（M）發(fā)生OER 過程的機(jī)制，OH-首先被吸附在M 位點(diǎn)形成M-OH，然后一個(gè)H+被去除形成M-O，最后生成M-OOH，接著釋放出O2。

圖2 金屬原子上 析氧 四步反應(yīng)[16]Fig.2 OER four-step reaction on metal atom[16]

1.3 催化劑性能評(píng)估

1）過電勢(shì)是評(píng)估催化劑性能的重要指標(biāo)之一[15]。由于OER 中間體的形成需要較高的活化能來克服動(dòng)力學(xué)勢(shì)壘，因此，需要對(duì)電極施加額外的過電勢(shì)來推動(dòng)電子轉(zhuǎn)移過程的進(jìn)行。試驗(yàn)中一般可以通過線性掃描伏安法來得到催化材料表面進(jìn)行表OER 過程的過電勢(shì)，而理論計(jì)算往往是基于四電子理論來計(jì)算反應(yīng)過程中的Gibbs 自由能變，以獲取勢(shì)能決定步對(duì)應(yīng)的過電勢(shì)[15]。計(jì)算方法如下式所示[13]：

式中：η為過電勢(shì)；E為實(shí)際電位；Eeq為標(biāo)準(zhǔn)電位。

2）Tafel 斜率是衡量催化劑性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一[17]。通過將Tafel 方程轉(zhuǎn)換成如下式所示的對(duì)數(shù)形式，其中較低的Tafel 斜率表明變化較小的過電勢(shì)會(huì)導(dǎo)致較大的電流密度改變，意味著催化劑具備良好的電催化動(dòng)力學(xué)[18]。

式中：η為過電勢(shì)；b代表Tafel 斜率；j是電流密度；j0是交換電流密度。

3）催化材料優(yōu)異的穩(wěn)定性是使其實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用的重要前提[19]。一般通過記時(shí)電流法或記時(shí)電壓法來評(píng)估，方法是控制電壓（電流）來測(cè)量工作電極中電流（電壓）隨時(shí)間的變化情況。一般電壓隨著時(shí)間變化保持不衰減時(shí)間越長，說明其穩(wěn)定性越好。也可以利用循環(huán)伏安法（cyclic voltammetry, CV）進(jìn)行掃描測(cè)試，觀察一定次數(shù)后極化曲線的變化情況，變化越小說明催化性能越好。

4）法拉第效率是衡量電子使用效率的一個(gè)指標(biāo)，可以衡量催化反應(yīng)效率。其可以通過實(shí)際產(chǎn)生的氣體量與理論值進(jìn)行相比得到，其中，實(shí)際產(chǎn)生的氣體可通過色譜儀等測(cè)量，理論值可以通過恒電位估算得到[20]。

5）轉(zhuǎn)化頻率（turnover frequency，TOF）可以量化催化中心的具體活性的指標(biāo)，指催化劑在單位時(shí)間和單位活性位點(diǎn)上轉(zhuǎn)化為氣體分子的數(shù)目[21]。

2 NiFe-LDH 催化劑的改性

NiFe-LDH 非貴金屬過渡催化劑因其價(jià)格便宜、內(nèi)在活性好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的OER 催化劑之一。然而，雖然通過調(diào)整合成參數(shù)合成了大量的過渡金屬基水滑石體系電催化劑，但普遍存在活性位點(diǎn)暴露不足、電子傳導(dǎo)性差、離子傳輸速率低等問題，嚴(yán)重限制了NiFe-LDH 的OER 性能[13]。為了緩解這些問題，通過不同的方法對(duì)NiFe-LDH進(jìn)行改性是一種有效的方法，其中主要的手段有：晶格摻雜、表面改性、空位缺陷等[6]。

2.1 摻雜

含有第3 種金屬元素的NiFe-LDH 材料可以通過共沉淀法[22-23]、水熱法[24]等制備。NiFe-LDH 的摻雜一般是指Ni2+或Fe3+被其他金屬離子取代，不同離子之間的協(xié)同作用可以使電荷重新分布，從而提高NiFe-LDH 的內(nèi)在催化活性。大量的研究發(fā)現(xiàn)，Co 的單一或各種復(fù)合氧化物具有良好的催化性能，而Co 摻雜的NiCoFe 三元氧化物具有良好的OER 催化性能。因此，Co 摻雜是提高NiFe-LDH 電催化的OER 活性的有效途徑之一。此外，用于摻雜的元素主要還有Cr、V、Ru 和Mn 等。

Liu 等[24]通過水熱法在泡沫鎳上面分別制備了NiFe-LDH 以及CeNiFe-LDH，然后通過電沉積將Ce(OH)3沉積在NiFe-LDH 表面，生成Ce@NiFe-LDH 化合物（結(jié)構(gòu)如圖3 所示）。電化學(xué)試驗(yàn)表明，在10 mA/cm2電流密度時(shí)，CeNi-LDH 和Ce@NiFe-LDH 的相應(yīng)過電勢(shì)分別為0.229 V 和0.205 V，分別比NiFe-LDH 的表面過電勢(shì)低0.039 V 和0.017 V。X 射線光電子能譜（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）測(cè)試表明，負(fù)載的Ce(OH)3和基底之間存在強(qiáng)烈的電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，這導(dǎo)致了其更好的電催化活性。理論計(jì)算表明，Ce@NiFe-LDH 和CeNi-LDH 的過電勢(shì)分別為0.560 V 和0.610 V，與NiFe-LDH 表面的過電勢(shì)（0.920 V）相比，分別增強(qiáng)了0.360 V 和0.310 V。Gibbs 自由能計(jì)算表明，Ce 的引入可以優(yōu)化中間吸附物的吸附能，從而降低過電勢(shì)，使Ce@NiFe-LDH 的催化活性增強(qiáng)。Yin 等[23]通過共沉淀法在NiFe-LDH 中成功摻入了Mo，并制備了具有獨(dú)特納米管特性的Mo-NiFe-LDH 材料。由于其獨(dú)特的納米管結(jié)構(gòu)，制備的Mo-NiFe-LDH 材料具有較大的電化學(xué)比表面積。研究還發(fā)現(xiàn)，在Mo 摻雜后，金屬原子之間發(fā)生了強(qiáng)烈的電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，形成了高價(jià)Ni3+位點(diǎn)。最后的電化學(xué)測(cè)試顯示，其在20 mA/cm2的電流密度下，過電勢(shì)為0.317 V，并對(duì)應(yīng)著一個(gè)小的Tafel 斜率（44.0 mV/dec）。

圖3 NiFe-LDH、CeNiFe-LDH 和Ce@NiFe-LDH 的表面結(jié)構(gòu)[24]Fig.3 Surface structures of NiFe-LDH, CeNiFe-LDH and Ce@NiFe-LDH[24]

Bi 等[25]在NiFe-LDH 模型中分別對(duì)Ni2+和Fe3+進(jìn)行了Co 置換，從而構(gòu)建了含有Co2+、Co3+的CoNiFe-LDH 表面結(jié)構(gòu)（如圖4 所示）。然后分別對(duì)這兩個(gè)表面進(jìn)行了密度泛函理論（density functional theory, DFT）+U 計(jì)算，并系統(tǒng)地研究了這兩個(gè)表面的OER 熱力學(xué)。首先，對(duì)不同Co 價(jià)態(tài)的NiFe-LDH 表面進(jìn)行了過電勢(shì)計(jì)算，確定了Co3+和Co2+摻雜的NiFe-LDH 表面上金屬位點(diǎn)的催化活性由大到小依次為Co、Fe、Ni 和Fe、Co、Ni。通過局域態(tài)密度分析發(fā)現(xiàn)Co 離子的引入可以調(diào)節(jié)金屬活性位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)，以優(yōu)化其在中間吸附物上的吸附能量，最終提高OER 活性。然后他們通過共沉淀法分別制備了Co2+和Co3+摻雜的NiFe-LDH 催化劑，電化學(xué)試驗(yàn)驗(yàn)證了理論計(jì)算結(jié)果。穩(wěn)定性測(cè)試表明，Co3+摻雜的Tafel 斜率為50.5 mV/dec，比純NiFe-LDH 的斜率（78.4 mV/dec）低20.1 mV/dec，表明Co3+的引入可以改善體系的導(dǎo)電性，從而改善OER 的動(dòng)力學(xué)過程。Chen 等[5]提出了一種特殊的水熱法來制備Ru 摻雜的NiFe-LDH 納米片。他們發(fā)現(xiàn)這種材料表現(xiàn)出優(yōu)異的HER 性能（電流密度10 mA/cm2對(duì)應(yīng)0.029 V 的過電勢(shì)），并且它仍然保持著良好的OER 性能。DFT 計(jì)算表明，Ru 的引入可以大大降低沃爾默步驟的能量屏障，從而提高HER 活性。因此，它可以作為一種高效的雙功能水解催化劑。

圖4 Co 摻雜NiFe-LDH 表面OER 過程[25]Fig.4 OER process on Co-doped NiFe-LDH surface [25]

2.2 表面修飾

含有表面改性的NiFe-LDH 材料可以通過激光液相燒蝕[26]、電沉積[27-28]和傳統(tǒng)水熱法[20,26-31]獲得。目前的表面改性主要是將貴金屬單原子[32]、稀有金屬氧化物[24]、金屬氧化物[26]以及其他有助于催化作用的物質(zhì)負(fù)載到NiFe-LDH 表面。表面吸附的原子或顆?？梢耘c基體產(chǎn)生協(xié)同作用，調(diào)節(jié)反應(yīng)中間體的反應(yīng)位點(diǎn)的吸附能量，打破催化活性位點(diǎn)上的吸附能量的線性關(guān)系，以及改變基體材料金屬位點(diǎn)內(nèi)和周圍的電荷分布，從而提高催化活性。

近年來，研究人員相繼發(fā)現(xiàn)單原子金屬負(fù)載到催化劑可以大幅度提升其表明電催化性能。Zhang等[33]系統(tǒng)地研究了在NiFe-LDH 表面吸附的單個(gè)Au 原子（結(jié)構(gòu)如圖5 所示）對(duì)其表面析氧性能的影響。文章首先通過DFT 計(jì)算研究了Au 在NiFe-LDH 表面的吸附對(duì)催化活性位點(diǎn)的理論過電勢(shì)的影響。結(jié)果顯示，F(xiàn)e 位點(diǎn)的理論過電勢(shì)為0.180 V。通過對(duì)Au/NiFe-LDH 表面的電子結(jié)構(gòu)分析，確定Au 的吸附可以促進(jìn)LDH 中的電子轉(zhuǎn)移，調(diào)整反應(yīng)位點(diǎn)周圍的電荷分布，提高電催化活性。基于理論預(yù)測(cè)，他們首先通過傳統(tǒng)的水熱法在鈦板上制備了NiFe-LDH，然后通過電沉積法在其上負(fù)載了質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%的單原子Au。圖6 為Fe 位點(diǎn)發(fā)生析氧四步反應(yīng)機(jī)制圖。電化學(xué)性能測(cè)試表明，Au/NiFe-LDH 材料擁有更好的OER 催化活性，在電流密度為10 mA/cm2時(shí)對(duì)應(yīng)的過電勢(shì)為0.237 V，且表現(xiàn)出57 mV/dec 的Tafel 斜率，而純鎳層狀雙氫氧化物對(duì)應(yīng)的過電勢(shì)為0.263 V。穩(wěn)定性測(cè)試表明，在2 000 次CV 循環(huán)后，催化活性沒有明顯下降。

圖5 含Au 吸附的NiFe-LDH 表面結(jié)構(gòu)[33]Fig. 5 Surface structure of NiFe-LDH with Au adsorption[33]

圖6 Fe 位點(diǎn)發(fā)生析氧四步反應(yīng)機(jī)制圖[33]Fig.6 Four-step reaction mechanism of oxygen evolution at Fe sites[33]

Li 等[31]通過電沉積的方式將羧基鹽配體（carboxylate ligands，CLs）成功負(fù)載到NiFe-LDH 表面，生成NiFe-LDH/CLs，如圖7 所示。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示當(dāng)電流密度為10 mV/cm2時(shí)，NiFe-LDH/CLs的過電勢(shì)為0.364 V，相較于NiFe-LDH 的過電勢(shì)降低了0.059 V。且在過電勢(shì)為0.04 V 的時(shí)候，NiFe-LDH/CLs 對(duì)應(yīng)的Tafel 斜率為0.158 V，其遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于NiFe-LDH 表面的0.223 V，說明當(dāng)NiFe-LDH 表面含CLs 時(shí)可以促進(jìn)體系的電子轉(zhuǎn)移，提高導(dǎo)電性，從而加快反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程。然后通過理論計(jì)算表明CLs 吸附在金屬氫氧化物表面時(shí)，可以極大的提高電催化活性，理論過電勢(shì)為0.370 V。電子結(jié)構(gòu)分析表明，表面的CLs 可以誘導(dǎo)界面電子再分布，從而促進(jìn)部分含高價(jià)態(tài)Ni 原子的扭曲八面體結(jié)構(gòu)生成。且NiFe-LDH/CLs 的d 帶中心從?1.89 eV 降低至?2.16 eV，說明吸附物與金屬原子之的吸附強(qiáng)度增大了。

圖7 CLs 吸附在NiFe-LDH 表面[31]Fig.7 CLs adsorbed on NiFe-LDH surface[31]

從Au 吸附改性NiFe-LDH 得到啟發(fā)，Gao 等[26]通過激光液相燒蝕法制備了NiO 負(fù)載NiFe-LDH復(fù)合催化劑。電化學(xué)測(cè)試顯示在30 mA/cm2電流密度時(shí)，NiO/NiFe-LDH 在泡沫Cu 上面的過電勢(shì)為0.205 V，且長時(shí)間工作后催化性能無明顯衰減。而且Tafel 斜率測(cè)試測(cè)試結(jié)果顯示NiO/NiFe-LDH 材料的值為30 mV/dec，比純NiFe-LDH 的68 mV/dec低38 mV/dec，因此其動(dòng)力學(xué)過程更快。基于DFT計(jì)算結(jié)果表明，NiO 在NiFe-LDH 是以三維立體形式吸附存在的，如圖8 所示。因此，中間物在兩者相交的位點(diǎn)上的吸附行為會(huì)受到較大影響，存在于吸附能之間的比例關(guān)系就會(huì)被打破，從而提高催化性能。DFT 計(jì)算結(jié)果表明，NiO/NiFe-LDH 的最佳理論過電勢(shì)為0.200 V，且NiFe-LDH 納米片的組成對(duì)催化性能有至關(guān)重要的影響。

圖8 NiO 團(tuán)簇吸附在NiFe-LDH 表面[26]Fig.8 NiO clusters adsorbed on NiFe-LDH surface[26]

2.3 缺陷

NiFe-LDH 表面空位可以產(chǎn)生低配位的催化活性位點(diǎn)，其擁有的大量懸空鍵可以優(yōu)化反應(yīng)中間體對(duì)反應(yīng)位點(diǎn)的吸附能，降低反應(yīng)能壘，促進(jìn)催化活性的提高。因此，關(guān)于如何生成富含空位的催化材料的缺陷工程已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注。一般來說，NiFe-LDH 表面空位有3 種不同的類型，即陰離子空位（主要以氧空位的形式）、陽離子空位和多空位。

Peng 等[34]從解決NiFe-LDH 在堿性條件下進(jìn)行OER 過程穩(wěn)定性不足等問題出發(fā)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)由晶格畸變引起的金屬離子溶解是其主要原因，如圖9 所示。并且提出可以通過在NiFe-LDH 表面引入金屬陽離子空位來抑制晶格畸變并增強(qiáng)金屬陽離子與晶格氧之間的結(jié)合能。試驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果均表明，二價(jià)金屬陽離子空位的形成可以促進(jìn)金屬離子與晶格氧之間的鍵能，從而提高其在堿性條件下的穩(wěn)定性。并且發(fā)現(xiàn)三價(jià)金屬陽離子空位的形成可以促進(jìn)γ-NiFeOOH 活性相的生成，從而促進(jìn)OER 催化反應(yīng)活性。Wu 等[35]通過非質(zhì)子溶劑（例如N，N-二甲基甲酰胺，DMF）溶劑化制備了含陽離子空位缺陷的二維層狀NiFe-LDH 納米片。DFT 計(jì)算和原位拉曼光譜觀察均表明，生成的陽離子空位缺陷傾向于以VM（M=Ni/Fe）的形式存在。并且發(fā)現(xiàn)隨著施加電壓的增大，空位缺陷會(huì)向VMOH構(gòu)型轉(zhuǎn)變，并最終轉(zhuǎn)變成VMOH-H構(gòu)型，如圖10 所示。而NiFe-LDH 中表面結(jié)晶的Ni(OH)x物質(zhì)也會(huì)逐漸的從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變成無序態(tài)，最終以NiOOH 形式存在。

圖9 OER 過程中NiFe-LDH 表面金屬陽離子空位[34]Fig.9 Metal cation vacancy on NiFe-LDH surface in OER process[34]

圖10 電壓導(dǎo)致NiFe-LDH 表面陽離子空位重構(gòu)過程[35]Fig.10 Voltage-induced cation vacancy reconstruction on NiFe-LDH surface [35]

Zhao 等[36]通過H2O2蝕刻的方法制備了含有氧空位、金屬鎳空位的NiFe-LDH 材料。缺陷的引入增加了反應(yīng)位點(diǎn)的數(shù)量，從而使材料的內(nèi)在活性大大增加。測(cè)試結(jié)果顯示，在對(duì)應(yīng)于10 mA/cm2的電流密度下，材料的過電勢(shì)為170 mV，并且擁有一個(gè)非常小的Tafel 斜率（39.3 mV/dec）。Luo 等[37]通過等離子體磁控濺射同時(shí)制備了含有氧空位的LDH-ZnO 異質(zhì)結(jié)材料。拉曼光譜顯示，由于引入了異質(zhì)結(jié)和空位，LDH-ZnO 的活性位點(diǎn)成功地從未改性的Fe 位點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)镹i 位點(diǎn)。因此，OER 的催化性能得到了大幅提升。并且他們還通過理論計(jì)算證實(shí)了試驗(yàn)結(jié)論。

3 結(jié) 論

總結(jié)了通過摻雜、表面改性和空位缺陷對(duì)NiFe-LDH 催化劑進(jìn)行改性的研究進(jìn)展。NiFe-LDH 中的摻雜原子主要包括Co、Cr、V、Ru 和Mn，其中Co 與NiFe-LDH 中的Ni 和Fe 有良好的協(xié)同作用，可以改善表面電荷分布，因此研究得比較充分。表面修飾主要包括單原子、原子團(tuán)和固體酸負(fù)載，其中貴金屬單原子負(fù)載由于其與基底有良好的電荷轉(zhuǎn)移，可以調(diào)整基底表面的電荷分布。而多原子粒子由于其在表面的吸附能，可以形成三維結(jié)構(gòu)，與基底結(jié)合后，可以很好地優(yōu)化反應(yīng)部位的中間吸附物的吸附能，從而提高OER 的催化性能。空位缺陷主要分為金屬陽離子缺陷和氧空位缺陷，而在陽離子缺陷中，施加的電壓將對(duì)缺陷形態(tài)和表面重構(gòu)產(chǎn)生較大影響。

然而，盡管對(duì)NiFe-LDH 的改性進(jìn)行了廣泛的研究，但仍存在許多問題。目前開發(fā)的大多數(shù)改性NiFe-LDH 的催化性能仍不如貴金屬催化劑的，而且制備工藝復(fù)雜，難以工業(yè)化應(yīng)用，催化活性相和催化活性位點(diǎn)仍有爭(zhēng)議。隨著理論計(jì)算的不斷發(fā)展，目前理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的形式是不可阻擋的趨勢(shì)，可以大大減少實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性步驟，提高研究效率。