文章导读
氢能制备卡在催化剂衰减死胡同？西安交大赵旭团队重磅破局！他们首创氟介导稳定重构术，巧妙埋入氟离子强化Co-F键，在强腐蚀工况下将非晶态CoOOH催化剂规整化，一举破解活性与稳定性衰减难题。新策略触发晶格氧"氧泵"机制，制氢电流飙升5倍，耗电仅3.7度/标方，更在工业级电流下1200小时零衰减。这项《德国应用化学》认证的突破，直指低成本制氢核心瓶颈，让绿色氢能规模化应用触手可及。
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氢能作为清洁能源的重要载体，其高效制备技术备受关注。阴离子交换膜电解槽结合了碱性电解槽和质子交换膜电解槽的优势，被认为是实现低成本低能耗制氢的关键路线之一。然而，阳极析氧反应在强腐蚀性条件下易引发非贵金属催化剂结构重构，导致活性和稳定性衰减，严重制约了阴离子交换膜电解槽的规模化应用。
规整化的长程无序催化中心及阴离子交换膜电解槽制氢性能对比图
针对上述挑战，西安交通大学化工学院赵旭研究员团队提出了一种简便的氟介导稳定重构策略，在电解水制氢阳极工作条件下实现了重构非晶态CoOOH纳米片的长程无序规整化调控。该策略通过提前埋入氟离子强化Co-F键，在工况重构过程中有效稳定晶格钴位点，从而诱导形成具备更为规整原子排布的非晶结构。研究表明，这种规整化的长程无序结构不仅增强了Co-O共价性并触发晶格氧反应机制，还引入大量拉伸应变作为“氧泵”加速晶格氧的再生，从而实现了晶格氧活化与再生的平衡。因此，在阴离子交换膜电解槽制氢过程中，采用该催化剂的电解槽的制氢电流相较于商用贵金属催化剂提升5倍，耗电量仅为3.7度电/标方氢气，并在80℃和工业电流密度下连续运行1200小时后性能几乎无衰减。该研究为在工况条件下精准调控催化剂重构行为提供了新思路，对推动高性能阴离子交换膜电解水制氢技术发展具有重要意义。
该研究成果以《规整重构CoOOH催化剂的长程无序度用于阴离子交换膜电解水》（Localizing the long-range disorder of reconstructed cobalt oxyhydroxides for anion exchange membrane water electrolysis）为题发表在国际权威期刊《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。西安交通大学为本文第一通讯单位，西安交通大学化工学院博士生赵静璇为本文第一作者。以上工作得到基金委面上/青年项目、陕西省三秦英才引进计划项目、陕西省秦创原高层次创新创业人才项目、西安交通大学青年拔尖人才项目等支持。西安交通大学大型仪器设备共享实验中心提供相关表征分析支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202513592
赵旭课题组主页：https://www.xuzhaolab.com
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