氧演化反应（OER）作为电化学水分解产生氢气的阳极半反应，由于其缓慢的四电子转移动力学，被认为是整个水电解效率的关键瓶颈[1]、[2]、[3]。从热力学的角度来看，OER的标准氧化电位为1.23 V（相对于RHE），但由于其多步骤的质子耦合电子转移（PCET）过程，实际反应通常需要额外的350–500 mV过电位才能达到可观的电流密度[4]、[5]。这直接导致电解系统的能耗增加了50%以上，从而提高了氢生产的成本[6]、[7]。更为严重的是，在高电位和强氧化条件下，传统的铱/钌基贵金属催化剂容易发生溶解和重构。然而，基于过渡金属的材料通常会因为晶格氧的参与而出现活性位点的氧化失活和相变[8]、[9]、[10]，这使得同时实现高稳定性和高活性变得极其困难。因此，开发高效且稳定的OER催化剂显得尤为重要。
近年来，许多过渡金属化合物已被成功开发为具有成本效益的电催化剂，用于驱动电催化OER，例如氢氧化物[11]、[12]、氧化物[13]、[14]、[15]、磷化物[16]、[17]和硫化物[18]、[19]。基于理论计算和原位表征，已经发现大多数3d过渡金属化合物会经历典型的重构过程形成氧氢氧化物，这些氧氢氧化物被证明是OER的真正活性物种[20]、[21]、[22]。因此，金属氧氢氧化物因其独特的结构和电子特性而受到广泛研究，这些特性解决了水氧化过程中的根本挑战[23]。这些材料通常通过原位电化学重构前催化剂或直接合成获得，由于其层状晶体结构以及嵌入的水分子和羟基团，表现出优异的催化性能[24]、[25]、[26]。它们晶体框架中的边缘共享MO6（M = Ni, Fe, Co）八面体单元为反应中间体的吸附提供了最佳的几何和电子配置[27]、[28]。特别是，这些材料中过渡金属的混合价态使得氧化还原循环更加高效，而可调的层间距离允许通过直接配位或长程相互作用来掺入异原子，从而调节电子结构[29]、[30]。参与PCET步骤的表面羟基团可以降低O=O键形成的能量障碍，而体内的羟基物种有助于在电化学过程中保持结构稳定性[31]。与传统的氧化物催化剂相比，金属氧氢氧化物表现出更低的过电位、更高的内在活性以及在碱性介质中更好的稳定性[32]、[33]。
近年来，已经提出了一些有效的策略来优化氧氢氧化物的性能，如缺陷工程、碱金属阳离子插层和异结构构建，进一步推动其性能达到工业要求[34]、[35]。这些材料不仅作为实用的催化剂，还为研究结构-活性关系提供了理想的模型系统[36]、[37]。这将为所有类型的电化学能量转换材料的设计原则带来潜在的革命性见解。
基于这些基础，我们进行了全面的综述，系统地探讨了工程化金属氧氢氧化物在提高电催化OER性能方面的最新突破。综述首先分析了金属氧氢氧化物作为OER催化剂的基本特性和内在优势，然后根据化学组成进行了分类讨论，以阐明它们的独特性质。接着，文章批判性地评估了六种关键工程策略，包括异原子掺杂、界面工程、缺陷工程、阴离子插层、碱金属阳离子调控以及自旋态操控，并通过代表性案例研究揭示了基本的结构-活性关系。最后，文章提出了前瞻性的设计原则，以指导下一代金属氧氢氧化物催化剂的发展，以便应用于实际的水电解过程。
