近日，中国科学院年夜连化学物理研究所研究员邓德会、副研究员刘艳廷、研究员在良团队，于碱性水电解制氢范畴取患上新进展。团队提出了“原子到宏不雅”多标准组装总体式催化电极设计新计谋，修筑了具备多级孔布局的总体式电极，于安培级电流密度下实现高效、不变产氢，为降低制氢成本提供了新方案。相干结果发表于《美国化学会志》。
基在可再生能源的电解水制氢是实现氢能经济的主要路子之一，碱性水电解是当前范围化制备绿氢的重要技能。实现安培级电流密度是碱性水电解工业制氢的焦点方针，但传统电极于高电流密度下面对活性与不变性难以统筹的问题。传统镍泡沫/丝网电极虽不变性较好，但比外貌积低、催化活性位点少，难以于安培级电流密度下高效运行。于镍泡沫/丝网上包覆催化剂层可晋升活性，但猛烈的气泡析出会壅闭活性位点、拦阻电解质传输，并致使催化层剥落，从而增长能耗并缩短命命。构建统筹催化活性、传质效率与布局不变性的总体式电极，成为该范畴的要害挑战。
本事情提出了“原子到宏不雅”多标准组装总体式催化电极设计新计谋，经由过程模板辅助粉末冶金法制备了总体式多级孔镍（Ni）金属骨架，并于其外貌引入二氧化钼（MoO2），经由过程高温煅烧原位修筑了富厚的Ni/MoO2界面，终极形成为了具备富厚原子级异质界面和“纳米—微米—亚毫米”三级孔布局的总体式电极。于电子布局层面，Ni与MoO2界面处的电子转移适度弱化了氢中间体于Ni位点的吸附，从而促成了氢气的脱附，晋升了本征活性；于传质层面，亲水性的MoO2与多级孔布局协同作用，加快了气泡脱赞同电解液渗入，提高了高电流密度下的传质效率；于不变性层面，Ni与MoO2间的强彼此作用和其与多孔Ni总体式骨架的安稳联合，加强告终构不变性。
基在该计谋制备的电极于1 M KOH电解液中，到达1 A cm-2电流密度仅需145 mV过电位，优在商用Pt/C催化剂，而且可以不变运行跨越3500小时。于现实碱性水电解槽中，该电极于工业前提下实现1 A cm-2电流密度仅需1.80 V槽电压，对于应能耗为4.3 kWh Nm-3H2，揭示出跨越1000小时的运行不变性。
该事情经由过程从原子到宏不雅标准的跨标准设计，构建了兼具界面电子调控与多标准孔布局的总体式电极，冲破了高电流密度下碱性水电解电极活性与不变性难以统筹的技能瓶颈，为开发高效、耐用的制氢电极提供了新思绪。
相干论文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.5c21735
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