电催化剂对于关键工业过程和新兴的脱碳技术至关重要，但在实际应用中，尤其是在与应用相关的电流密度下，其在操作过程中的结构和成分变化限制了其设计。
2025年2月28日，重庆大学甘立勇副教授、西班牙巴塞罗那科学与技术研究所F. Pelayo García de Arquer、德国于利希研究中心Meital Shviro在国际顶级期刊Nature Materials发表题为《Operando-informed precatalyst programming towards reliable high-current-density electrolysis》的研究论文。
在本文中，作者通过operandoX射线光谱技术和建模来追踪并最终指导析氧反应中硫化铁和氧化铁的重构。研究发现不适当的激活过程会导致不可控的铁氧化和不可逆的催化剂降解，从而影响稳定性和可靠性，并阻碍了预测性设计。
因此，作者开发了激活编程策略，考虑到表面重构的热力学和动力学，实现了对预催化剂氧化的控制，这有助于可靠预测和设计活性高且稳定的电催化剂。
在NixFe1-xS2模型系统中，经过程序激活后，耐久性提高了三倍。在1 A cm-2的阴离子交换膜水电解器中，电池降解速率仅为0.12 mV h-1（标准操作：0.29 mV h-1，限制在200小时内）。该研究将预测建模与实验设计相结合，提高了工业水电解及高电流密度下其他应用中电极催化剂的可靠性。
图1：催化剂设计方案比较
图2：镍铁硫化物、氧化物和氢氧化物预催化剂平台的表征与预测
图3：原始NixFe1-xS2（x=0.67、0.75和0.80）的相和电子结构以及CV和CP激活下的氧化态变化
图4：NixFe1-xS2的表面重构、界面-电解质传递和稳定性结构
图5：利用Ni0.67Fe0.33S2作为阳极预催化剂的程序化的广泛适用性及其在阴离子交换膜水电解（AEMWE）电池中的性能表现