质子膜水电解制氢催化剂研究获进展

近日, 哈尔滨工业大学(深圳)前沿学部理学院副教授陶有堃团队在质子膜水电解制氢阳极电催化领域取得重要进展. 研究团队通过引入钨—氧桥联, 解决了铱镍氧电催化剂重构的活性—稳定性难题. 相关研究成果发表于<自然·通讯>.
质子膜水电解制氢具有环境友好, 电流密度高, 响应快, 耐波动等优势, 适合与风, 光等波动性可再生能源直接耦合, 是未来绿氢生产的关键技术之一.
研究团队基于双重调控策略, 通过在铱镍氧电催化剂中利用铱—氧—钨桥联基团, 实现对催化剂表面重构以及析氧反应路径的调控优化. 在研究中, 团队针对氧化钨与氧化铱难溶性问题, 采用镍辅助铱钨电沉积脱合金方法, 实现对纳米氧化铱原子尺度均匀钨—氧掺杂.
同时, 通过原位分析结合理论计算, 科研团队发现铱—氧—钨桥联以双位点协同机制高效催化析氧反应. 它可有效抑制晶格氧参与, 并可对重构过程中过渡金属刻蚀及反应过程中过氧化导致的铱位点氧化态升高进行电荷补偿, 从而增强催化剂稳定性. 此外, 桥联氧作为质子受体可有效促进质子转移, 解除在酸性电解质中质子浓度过高导致的关键中间体质子化脱除限制, 进一步提升析氧反应活性.
据悉, 该研究实现了重构氧化铱基催化剂电化学性能与稳定性的双重提升, 并可对酸性电解低成本高性能析氧催化剂的进一步设计提供借鉴.