电解水制氢非贵金属催化剂稳定性差难题或被破解

本站原创 2024-11-20 综合资讯 0

华东理工大学材料科学与工程学院副教授刘鹏飞、袁海洋，教授杨化桂在阴离子交换膜电解水制氢催化剂领域取得新进展，克服了传统非贵金属催化剂在工业级电流密度下稳定性差的难题，为平衡催化剂活性和稳定性的材料结构设计提供了新的思路。10月16日，相关研究发表于《德国应用化学》。

利用可再生能源驱动电解水制氢被认为是实现“碳中和”目标的重要手段之一。阴离子交换膜电解水（AEMWE）制氢技术在氢气纯度、电解效率、制氢速率、冷启动时间等方面具有优势，同时可以摆脱催化电极及槽体对贵金属的依赖。目前，3d过渡金属基电催化剂在碱性电解质中表现出优异的催化性能。然而，在工业级电流密度条件下，这类催化剂的长期稳定性仍然存在问题。

研究团队采用高功率氧等离子体处理技术，精确调控了CoFe双金属普鲁士蓝类似物（PBA）析氧催化剂的局域原子近程结构。具体而言，研究人员在保留PBA晶体结构框架的同时，破坏了局域氰基配体并引入氧原子，构建Co-O-Fe的结构基元，进而将析氧反应路径调节为动力学更优的晶格氧氧化反应机制（LOM）。

研究团队进一步证明了局域Fe与Co位点之间的协同作用机制。在工业级电流密度下，氧等离子体处理后的PBA催化剂表现出优异的析氧反应活性和长期运行稳定性，在电流密度为1 A cm-2时，仅需276 mV的过电位；用该催化剂为阳极材料组装的AEMWE制氢系统仅需1.76 V便可达到1.0 A cm-2的制氢电流密度，并能持续运行超250 h而无明显衰减。