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質(zhì)子膜水電解制氫催化劑研究獲進(jìn)展

   2025-02-10 中國化工報(bào)

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核心提示:近日,哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)前沿學(xué)部理學(xué)院副教授陶有堃團(tuán)隊(duì)在質(zhì)子膜水電解制氫陽極電催化領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)通過引入鎢

近日,哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)前沿學(xué)部理學(xué)院副教授陶有堃團(tuán)隊(duì)在質(zhì)子膜水電解制氫陽極電催化領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)通過引入鎢—氧橋聯(lián),解決了銥鎳氧電催化劑重構(gòu)的活性—穩(wěn)定性難題。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然·通訊》。

質(zhì)子膜水電解制氫具有環(huán)境友好、電流密度高、響應(yīng)快、耐波動(dòng)等優(yōu)勢,適合與風(fēng)、光等波動(dòng)性可再生能源直接耦合,是未來綠氫生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

研究團(tuán)隊(duì)基于雙重調(diào)控策略,通過在銥鎳氧電催化劑中利用銥—氧—鎢橋聯(lián)基團(tuán),實(shí)現(xiàn)對催化劑表面重構(gòu)以及析氧反應(yīng)路徑的調(diào)控優(yōu)化。在研究中,團(tuán)隊(duì)針對氧化鎢與氧化銥難溶性問題,采用鎳輔助銥鎢電沉積脫合金方法,實(shí)現(xiàn)對納米氧化銥原子尺度均勻鎢—氧摻雜。

同時(shí),通過原位分析結(jié)合理論計(jì)算,科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)銥—氧—鎢橋聯(lián)以雙位點(diǎn)協(xié)同機(jī)制高效催化析氧反應(yīng)。它可有效抑制晶格氧參與,并可對重構(gòu)過程中過渡金屬刻蝕及反應(yīng)過程中過氧化導(dǎo)致的銥位點(diǎn)氧化態(tài)升高進(jìn)行電荷補(bǔ)償,從而增強(qiáng)催化劑穩(wěn)定性。此外,橋聯(lián)氧作為質(zhì)子受體可有效促進(jìn)質(zhì)子轉(zhuǎn)移,解除在酸性電解質(zhì)中質(zhì)子濃度過高導(dǎo)致的關(guān)鍵中間體質(zhì)子化脫除限制,進(jìn)一步提升析氧反應(yīng)活性。

據(jù)悉,該研究實(shí)現(xiàn)了重構(gòu)氧化銥基催化劑電化學(xué)性能與穩(wěn)定性的雙重提升,并可對酸性電解低成本高性能析氧催化劑的進(jìn)一步設(shè)計(jì)提供借鑒。


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