寧波材料所在電解制氫領(lǐng)域取得進(jìn)展
電解水制氫是目前最主要的綠氫制備方法。電解水制氫包括兩個(gè)同時(shí)發(fā)生的半反應(yīng)，即陰極上的析氫反應(yīng)（HER）和陽(yáng)極上的析氧反應(yīng)（OER）。相比于只有2個(gè)電子轉(zhuǎn)移的HER，OER伴隨著4個(gè)電子的轉(zhuǎn)移，在動(dòng)力學(xué)上較為緩慢，需要高效的析氧電催化劑以降低反應(yīng)能壘加速OER的進(jìn)行。
中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所氣體催化與分離團(tuán)隊(duì)近年來(lái)通過(guò)實(shí)驗(yàn)與理論的有效結(jié)合在OER電催化方面開(kāi)展研究。基于團(tuán)隊(duì)在電解水OER催化劑方面的研究基礎(chǔ)（Adv. Mater. 2018, 30, 1801351; Nat. Commun. 2019，2019, 10, 162.；Adv. Energy Mater., 2019, 9, 1901313），陳亮研究員受邀在Adv. Mater.期刊上圍繞酸性質(zhì)子交換膜（PEM）電解水制氫OER催化劑，對(duì)近年來(lái)報(bào)道的催化劑進(jìn)行了全面的梳理和總結(jié)。該綜述重點(diǎn)討論了有關(guān)OER機(jī)理以及活性與穩(wěn)定性之間關(guān)系的基礎(chǔ)研究，并提出了一種穩(wěn)定性測(cè)試方案來(lái)評(píng)估本征活性衰減；討論了當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)和尚未解決的問(wèn)題，如碳基材料的使用以及酸性電解液和PEM電解槽催化劑性能的差異等；展望了最有前景的酸性O(shè)ER催化劑以及未來(lái)的研究方向（Adv. Mater. 2023，doi:10.1002/adma.202210565）。
近期，團(tuán)隊(duì)在低溫堿性海水電解OER催化劑取得新進(jìn)展。鑒于海水電解缺乏高活性和抗Cl-腐蝕OER催化劑，陳亮研究員和林貽超研究員從NiFeP前驅(qū)體出發(fā)通過(guò)電化學(xué)活化過(guò)程原位構(gòu)筑了一種NiOOH@FeOOH異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑，在0.5 A cm-2的工業(yè)電流密度下過(guò)電位僅為292 mV，并具有很好的穩(wěn)定性。通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表征，提出了FeOOH底層可以調(diào)控NiOOH電子結(jié)構(gòu)并遵循非傳統(tǒng)的雙位點(diǎn)催化機(jī)制。相關(guān)研究成果以“A Unique NiOOH@FeOOH Heteroarchitecture for Enhanced Oxygen Evolution in Saline Water”為題發(fā)表在Adv. Mater.上(2022, 34, 2108619)。
上述工作得到了中科院從0到l原始創(chuàng)新項(xiàng)目（ZDBS-LY-JSC021）、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（2020300）、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（52002378）、浙江省自然科學(xué)基金（LY21E020008和LY21B030006）、寧波市2025重大專(zhuān)項(xiàng)（2020Z107）等的支持
圖1 NiOOH@FeOOH異質(zhì)結(jié)構(gòu)和海水電解OER性能
圖2 酸性O(shè)ER催化劑分類(lèi)以及穩(wěn)定性/活性與催化機(jī)理關(guān)系的示意圖
（新能源所 林貽超）