近日，上海大学核电关键材料全国重点实验室（核电全重）联合东南大学、哈尔滨工业大学（深圳）在电催化领域取得重要进展。团队从核电材料研究中获得启发，成功研制出一种新型无贵金属FeCrNi多主元合金催化剂。通过精准构筑独特的“晶态/非晶态超纳双相结构“，成功激活了更高效的氧化物路径机制（OPM），大幅提升了析氧反应（OER）的催化效率与稳定性。相关成果以“Engineering crystalline/amorphous supra-nanometric dual-phase alloys to enable oxide-path-dominated oxygen evolution”为题发表于国际期刊Applied Catalysis B: Environment and Energy（中科院一区TOP，IF=21.1）。上海大学为第一完成单位，方佳昊硕士研究生为论文第一作者，上海大学卞西磊副研究员（导师）、王刚教授，哈尔滨工业大学（深圳）孙李刚副教授和东南大学贾喆教授为共同通讯作者。

FeCrNi合金是反应堆的关键结构材料，在极端环境长期服役下，其表面腐蚀往往会生成FeNiOOH等有害含氧产物，需要极力避免。然而，如果能够通过微观结构设计使含氧产物稳定生成并发挥积极作用，或许可以提升催化活性。基于这一思路，团队将目光投向了电解水制氢领域。

结构设计：构筑超纳米晶态/非晶态双相结构

研究团队采用磁控溅射技术，并通过精确控制沉积过程中的基底温度（25°C至200°C），成功制备出一系列FeCrNi多主元合金薄膜。其中，在100°C条件下制备的FCN@100°C催化剂展现出独特的“核-壳”双相结构。该材料由尺寸约3纳米的Fe/Ni富集纳米晶核和富含Cr-O的非晶壳层组成，形成晶态/非晶态双相超纳米结构，为后续催化反应提供了独特的活性位点环境。

性能优异：兼顾高效与稳定

电化学测试表明，该催化剂在碱性条件下表现优异：

1.在高达1 A cm-2的工业级电流密度下，过电位仅为363 mV；

2.在200 mA cm-2的电流密度下，可稳定运行超过1000小时，性能几乎无衰减；

3.塔菲尔斜率低至32 mV dec-1，反应动力学显著优于对比样品。

机理揭秘：原位表征和理论计算揭示氧化物路径机制激活

为探究其性能提升的内在原因，团队运用了弛豫时间分布分析、原位拉曼光谱、原位红外光谱、同位素标记质谱等一系列先进的原位表征技术。研究发现，这种独特的双相结构促进了关键FeNiOOH中间体的原位生成，该中间体优化了电荷转移和吸附/脱附行为，并驱动反应机制从传统的吸附质演化机制（AEM）向动力学更优的氧化物路径机制（OPM）转变。密度泛函理论计算进一步证实，FeNiOOH中间体能够稳定*O-O*物种，降低反应能垒，使得氧化物路径机制得以高效进行。理论计算还表明，晶态/非晶态双相结构具有更低的功函数，更有利于电子激发和含氧中间体的形成。

该研究不仅成功开发了一种极具前景的无贵金属析氧反应电催化剂，更通过深入的机理研究，揭示了通过精准构筑晶态/非晶态双相结构来激活特定反应路径（OPM）的有效策略。这一基础研究突破，为设计面向工业应用的低成本、高效、稳定电解水催化剂提供了全新思路，对推动绿色氢能技术的发展具有重要的指导意义。

该工作是团队继Nature Communications 16, 10602 (2025) 之后，在纳米结构材料设计研究领域的又一重要进展，得到了国家自然科学基金、上海市自然科学基金等多个项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2026.126672