钙钛矿氧化物因其有效的电催化性能和低成本而成为新兴的析氧反应（OER）催化剂。然而，钙钛矿氧化物比表面积小且结构紧凑，在大电流密度下存在严重的气泡过电位和较低的电化学性能。在此，该研究重点介绍了电纺镍取代的La0.5Sr0.5FeO3-δ（LSF）多孔钙钛矿纳米纤维，即La0.5Sr0.5Fe1-xNixO3-δ（表示为ES-LSFN-x，x=0、0.1、0.3和0.5），作为高性能OER电催化剂。最有效的La0.5Sr0.5Fe0.5Ni0.5O3-δ（ES-LSFN-0.5）纳米纤维比通过传统溶胶-凝胶方法制备的对应样品具有更大的比表面积、更高的孔隙率和更快的质量传递，其几何和内在活性显著增强。气泡可视化结果表明，ES-LSFN-0.5丰富的纳米级孔隙能够增强疏气性和氧气气泡的快速分离，从而降低气泡过电位并提高电化学性能。因此，在100mA/cm2的电流密度下，基于ES-LSFN-0.5的阴离子交换膜水电解可在100小时内提供卓越的稳定性，而SG-LSFN-0.5对应物可在20小时内快速降解。本研究突出了多孔电催化剂在通过降低气泡过电位来优化大电流密度水电解装置性能方面的优势。
图1.a）制备ES-LSFN-x钙钛矿纳米纤维的示意图。b）ES-LSFN-0.5纳米纤维的SEM图像。c）ES-LSFN-x样品的XRD图谱。d）ES-LSFN-0.5的TEM图像。e）ES-LSFN-0.5晶格的HRTEM图像。f）沿[1-10]区域轴的对应FFT模式。g）ES-LSFN-0.5中金属元素的EDS映射。
图2.a）ES-LSFN-x样品（001）表面的O1s XPS光谱，b）氧空位形成能（Eovf）值，以及c）态密度（DOS）信息。
图3.SG-LSFN-0.5（a）和ES-LSFN-0.5（b）的氮气吸附-解吸等温线。c）ES-LSFN-0.5和SG-LSFN-0.5样品的孔隙率值。GC电极上d）ES-LSFN-0.5和e）SG-LSFN-0.5电催化剂的接触角测量。
图4.a）ES-LSFN-0.5、SG-LSFN-0.5和RuO2电催化剂的极化曲线，b）Tafel图，c）质量和比活性比较，以及d）Cdl测量。
图5.a）自制AEMWE的原理图。b）Pt/C||ES-LSFN-0.5、SG-LSFN-0.5||Pt/C和基准Pt/C||RuO2电池的极化曲线。c）Pt/C||ES-LSFN-0.5和SG-LSFN-0.5||Pt/C电解槽在100mA/cm2下的长期稳定性能。
图6.在典型三电极设置的计时电位测试期间，a）10、b）30、c）60和d）150s时含ES-LSFN-0.5催化剂的泡沫镍电极上气泡状态的侧视图，以及e）10、f）30、g）60和h）150s时含SG-LSFN-0.5阳极催化剂的泡沫镍电极上泡沫状态的侧视图。具有i）ES-LSFN-0.5和k）SG-LSFN-0.5催化剂的泡沫镍电极上的气泡状态的正视图。j）ES-LSFN-0.5和l）SG-LSFN-0.5电极上气泡尺寸的分布图。
