近日，哈爾濱工業(yè)大學(深圳)前沿學部理學院副教授陶有堃團隊在質子膜水電解制氫陽極電催化領域取得重要進展。研究團隊通過引入鎢—氧橋聯，解決了銥鎳氧電催化劑重構的活性—穩(wěn)定性難題。相關研究成果發(fā)表于《自然·通訊》。
質子膜水電解制氫具有環(huán)境友好、電流密度高、響應快、耐波動等優(yōu)勢，適合與風、光等波動性可再生能源直接耦合，是未來綠氫生產的關鍵技術之一。
研究團隊基于雙重調控策略，通過在銥鎳氧電催化劑中利用銥—氧—鎢橋聯基團，實現對催化劑表面重構以及析氧反應路徑的調控優(yōu)化。在研究中，團隊針對氧化鎢與氧化銥難溶性問題，采用鎳輔助銥鎢電沉積脫合金方法，實現對納米氧化銥原子尺度均勻鎢—氧摻雜。
同時，通過原位分析結合理論計算，科研團隊發(fā)現銥—氧—鎢橋聯以雙位點協同機制高效催化析氧反應。它可有效抑制晶格氧參與，并可對重構過程中過渡金屬刻蝕及反應過程中過氧化導致的銥位點氧化態(tài)升高進行電荷補償，從而增強催化劑穩(wěn)定性。此外，橋聯氧作為質子受體可有效促進質子轉移，解除在酸性電解質中質子濃度過高導致的關鍵中間體質子化脫除限制，進一步提升析氧反應活性。
據悉，該研究實現了重構氧化銥基催化劑電化學性能與穩(wěn)定性的雙重提升，并可對酸性電解低成本高性能析氧催化劑的進一步設計提供借鑒。
