新制备方法提升电解水制氢催化剂耐久性
氢能被誉为清洁能源的“未来之星”，如何高效、低成本地制备氢气成为科研界与产业界共同关注的焦点。记者10月9日获悉，西安交通大学化学工程与技术学院研究员赵旭团队在阴离子交换膜电解水制氢催化剂制备方面取得重要进展，为解决阳极催化剂在强腐蚀条件下结构失稳、活性下降的难题提供了新路径。这项研究成果近日发表于国际期刊《德国应用化学》。
“阴离子交换膜电解槽结合了传统碱性和质子交换膜电解槽的优点，被认为是有力实现高效低能耗制氢的技术路线。但阳极析氧反应过程中，催化剂容易发生结构重构，导致性能衰减，制约了其大规模应用。”赵旭介绍道。
针对这一瓶颈问题，团队提出了一种“氟介导稳定重构”策略，通过在催化剂制备过程中提前引入氟离子，增强金属与氟的键合作用，从而在电解水工作条件下引导非晶态羟基氧化钴纳米片形成规整化的长程无序结构。
“简单来说，我们像是给催化剂预先做了一次稳定性训练。”赵旭解释道，“氟离子的介入，就像在催化剂骨架中埋入‘锚点’，在后续反应过程中稳定钴位点，使其在强碱、高电位环境下仍能保持有序的非晶结构，从而显著提升活性和耐久性。”
实验表明，该催化剂在阴离子交换膜电解槽中表现出优异的性能：制氢电流达到商用贵金属催化剂的5倍，每标准立方米氢气耗电量仅为3.7千瓦时，且在80摄氏度和工业级电流密度下连续运行1200小时，性能几乎未见衰减。
“这项工作的核心突破，在于我们实现了在真实工况下对催化剂重构行为的‘精准调控’。”团队博士生、论文第一作者赵静璇介绍，“这种结构不仅增强了金属与氧的共价性，触发晶格氧参与反应，还通过引入拉伸应变促进氧物种的再生，实现动态平衡。”
赵旭表示，该策略具有工艺简便、易于放大的特点，为开发高性能、低成本的电解水制氢装置提供了新思路，有望推动氢能制备技术向更节能、更稳定的方向发展。
氢能被誉为清洁能源的“未来之星”，如何高效、低成本地制备氢气成为科研界与产业界共同关注的焦点。记者10月9日获悉，西安交通大学化学工程与技术学院研究员赵旭团队在阴离子交换膜电解水制氢催化剂制备方面取得重要进展，为解决阳极催化剂在强腐蚀条件下结构失稳、活性下降的难题提供了新路径。这项研究成果近日发表于国际期刊《德国应用化学》。
“阴离子交换膜电解槽结合了传统碱性和质子交换膜电解槽的优点，被认为是有力实现高效低能耗制氢的技术路线。但阳极析氧反应过程中，催化剂容易发生结构重构，导致性能衰减，制约了其大规模应用。”赵旭介绍道。
针对这一瓶颈问题，团队提出了一种“氟介导稳定重构”策略，通过在催化剂制备过程中提前引入氟离子，增强金属与氟的键合作用，从而在电解水工作条件下引导非晶态羟基氧化钴纳米片形成规整化的长程无序结构。
“简单来说，我们像是给催化剂预先做了一次稳定性训练。”赵旭解释道，“氟离子的介入，就像在催化剂骨架中埋入‘锚点’，在后续反应过程中稳定钴位点，使其在强碱、高电位环境下仍能保持有序的非晶结构，从而显著提升活性和耐久性。”
实验表明，该催化剂在阴离子交换膜电解槽中表现出优异的性能：制氢电流达到商用贵金属催化剂的5倍，每标准立方米氢气耗电量仅为3.7千瓦时，且在80摄氏度和工业级电流密度下连续运行1200小时，性能几乎未见衰减。
“这项工作的核心突破，在于我们实现了在真实工况下对催化剂重构行为的‘精准调控’。”团队博士生、论文第一作者赵静璇介绍，“这种结构不仅增强了金属与氧的共价性，触发晶格氧参与反应，还通过引入拉伸应变促进氧物种的再生，实现动态平衡。”
赵旭表示，该策略具有工艺简便、易于放大的特点，为开发高性能、低成本的电解水制氢装置提供了新思路，有望推动氢能制备技术向更节能、更稳定的方向发展。
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