文章导读
当你以为绿氢产业的最大瓶颈依然是高昂的贵金属催化剂成本时，西安交大的研究团队却在另一个更隐蔽的“杀手”上取得了关键突破。阴离子交换膜电解槽能在强腐蚀环境下稳定产氢，但阳极催化剂的结构坍塌和活性衰减问题，让非贵金属方案始终难以实用化——这正是整个行业规模化路上最真实的痛点。赵旭团队的最新成果没有去死磕材料本身，而是转向了电化学动态重构过程，他们发现了一个能精准构筑金属离子空位的新策略。这个策略带来的不是常规的性能百分比提升，而是让催化剂在80°C工业级电流密度下，连续运行1000小时后性能衰减率低至惊人的0.10 mV h-1。它究竟是如何从根本上抑制了金属溶出，并让催化剂的寿命实现量级跨越的？答案可能正在改写未来电解槽的设计规则。
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近日，西安交通大学化学工程与技术学院赵旭研究员团队在阴离子交换膜电解水制氢催化剂领域取得重要进展。相关研究成果以Engineering Co-ion vacancy in dynamically reconstructed Co-based catalysts for practical anion-exchange membrane electrolysis《电化学重构金属离子空位用于实际阴离子交换膜水电解》为题发表于《自然·通讯》。该研究提出了一种电化学动态重构金属离子空位的创新策略，实现了在动态重构条件下电催化剂中金属离子空位的精准构筑，并为开发高性能、长寿命的阴离子交换膜电解水制氢催化剂提供了全新思路。
动态重构金属离子空位示意图
阴离子交换膜电解水技术融合了碱性电解槽的低成本与质子交换膜电解槽的高效响应优势，是未来绿氢规模化制备的重要方向。然而，阳极析氧反应在强腐蚀性环境中易引发催化剂结构重构，导致非贵金属催化剂活性快速衰减，严重制约其实际应用。如何在大电流密度下兼顾催化剂的活性与稳定性，是该领域长期关注的问题。
针对上述挑战，赵旭研究员团队提出一种可拓展的电化学动态重构金属离子空位策略。通过诱导削弱预催化剂键强，在动态重构过程中可形成富含金属离子空位的羟基氧化物。这些离子空位不仅增强共价性以促进晶格氧活化，还提高了羟基亲和力以实现晶格氧再填充，有效抑制了金属溶出与结构坍塌，为催化剂的长期稳定运行提供了保障。得益于上述结构优势，基于该策略构建的催化剂在阴离子交换膜电解槽中展现出优异的性能，制氢电流在2V时达到3.3Acm-2，并在80°C和工业级电流密度下连续运行1000小时后性能衰减率仅为0.10 mV h-1，展现出优异的工况稳定性。该研究为在工况大电流下设计兼具高活性与高稳定性的电催化剂提供了新思路，对推动阴离子交换膜电解水制氢技术工业化具有重要意义。
西安交通大学化工学院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。该研究得到基金委面上/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://doi.org/10.1038/s41467-026-69547-1.
赵旭课题组主页：https://www.xuzhaolab.com
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这个催化剂真是逆天，听起来很牛。