利用丰富的海水资源进行电解水制氢是实现可持续能源转型、迈向零碳未来的理想途径。然而，海水中的高浓度氯离子（Cl^-）在阳极析氧反应（OER）过程中会引发严重的竞争反应（析氯反应）并引起催化剂腐蚀，导致常规电催化剂快速失活。层状FeNi双氢氧化物（FeNiLDH）因其独特的二维层状结构和优异的OER本征活性而备受关注，但其开放的层间空间在阳极高盐、高电位环境下极易受到海水中Cl^-的侵蚀。同时，FeNiLDH受限的层间微环境，特别是界面水分子网络，对其OER催化活性和稳定性有着决定性影响。但目前针对这一问题进行电催化剂的精确分子水平调控仍然面临巨大挑战。鉴于此，新番 深圳研究生院杨世和教授团队、香港大学郭正晓教授以及昆明理工大学胡觉教授联合报道了一种通过两亲性分子插层重塑FeNiLDH活性位点和层间微环境的策略，实现了高活性、高选择性和高稳定性的海水氧化。

结合实验和理论计算，研究团队打破传统层状FeNi双氢氧化物（FeNiLDH）依赖弱静电相互作用稳定层间阴离子的局限，提出通过具有自组装功能的两亲性分子与催化剂活性中心建立不可逆的Fe-O-S强配位键，并以十二烷基苯磺酸钠（SDBS）为例子构建了一个“配位-超分子锁定”的层间微环境。密度泛函理论（DFT）计算揭示，这种强配位作用上移了Fe的d带中心并显著增强了Fe-O共价性，从而大幅降低了析氧反应（OER）的动力学能垒。同时，分子动力学（MD）模拟表明，SDBS的疏水烷基链阵列能够动态重组局部水合壳层（界面氢键网络），形成阻挡氯离子（Cl^-）入侵的坚固动力学屏障，而氢氧根（OH^-）则可以通过Grotthuss机制经内向通道快速传输，从而实现了极高的OH^-/Cl^-传输选择性（扩散系数比D_OH-/D_Cl-≈1.94）。

得益于上述原子级界面上的双重优势，该NiFe-SDBS催化剂成功打破了令人困扰的海水电解中活性与稳定性的固有制约关系。其突出表现在于不仅在10 mA/cm²下保持低至239 mV的过电位，而且在碱性海水中能以1000 mA/cm²的工业级电流密度稳定运行超过1000小时几乎无衰减。更进一步，研究团队将该电极集成到阴离子交换膜（AEM）电解槽中，在1000 mA/cm²的工业级电流密度下演示其工况稳定性，验证了其极具竞争力的低能耗（约4.64 kWh/Nm³），并在500 mA/cm²下稳定运行超600小时，衰减率极低（仅为0.18 mV/h）。该工作所提出的配位驱动微环境工程不仅适用于特定的镍铁系统，更广泛地为在复杂、富含杂质的电化学环境中设计高鲁棒性催化界面提供了通用的理性设计范式。更为重要的是，亲水基团与层内金属位点的强相互作用重组了界面水分子网络，优化了反应中间体的吸附能，从而显著降低了OER反应的能垒并加速了电子转移。优化后的插层催化剂在模拟海水和真实海水电解质中均表现出卓越的抗腐蚀能力和高效的水氧化动力学。该工作从分子工程的角度出发，揭示了层间微环境和界面水网络对低维材料电催化性能的深刻影响，为设计长寿命、高选择性的直接海水电解催化剂开辟了全新的途径。

该项工作于近期发表在材料领域顶级期刊《Advanced Materials》上，标题为“Amphiphilic Bonding Intercalation Reshapes Active Sites and Interlayer Microenvironment for Selective and Stable Seawater Oxidation in Advanced Materials”。

本文的第一作者为课题组博士生董峰，通讯作者为杨世和教授、郭正晓教授和胡觉教授。这项工作得到了国家自然科学基金、广东省前沿新材料重点项目、广东省-以色列合作基金、深圳市科技计划项目、深圳市创新基金及深圳市孔雀计划的资助。

论文链接：//doi.org/10.1002/adma.73812