海水占地球水資源總量的96.5%，被譽為地球上最大的“氫礦”。因此，利用電解水手段從海水中獲取氫能是綠氫技術(shù)未來的重要發(fā)展方向。近年來，材料學(xué)院姜魯華教授、劉光波副教授在海水制氫領(lǐng)域取得了一系列進展（詳見：Nano Energy, 2024, 123, 109442；Chem. Eng. J., 2024, 489, 150897;Chem. Eng. J., 2023, 455, 140875; Nano Mater. Sci., 2023, 5, 101-116(ESI高被引論文);Nano Energy, 2022, 98, 107295）。
為滿足各種電解槽對不同類型電解質(zhì)的應(yīng)用需求，設(shè)計開發(fā)能夠在寬pH范圍內(nèi)具有優(yōu)異析氫活性和穩(wěn)定性的非貴金屬電催化劑具有重要意義。最近，本團隊首次開發(fā)了一種新型高效的非貴金屬基全pH析氫催化劑——鈉鎢青銅多孔八面體（圖1）。該催化劑能夠在酸性、堿性和中性海水電解質(zhì)中均具有類似商業(yè)鉑碳催化劑的析氫活性，在10 mA cm-2時的過電位僅分別為37、48和256 mV（圖2）。DFT計算表明，Na離子的引入使NaxWO3具有最優(yōu)的電子結(jié)構(gòu)和金屬導(dǎo)電性，進而促進了水的吸附/解離動力學(xué)和氫吸附自由能（圖3）。該工作首次揭示了堿金屬離子在鎢青銅中電催化析氫反應(yīng)中的作用機理，有望為析氫反應(yīng)和其他能量儲存與轉(zhuǎn)化反應(yīng)催生一類新的非貴金屬催化劑。上述成果發(fā)表于國際知名期刊Nano Energy（中科院1區(qū)TOP期刊，影響因子16.7），劉光波副教授為論文第一作者，姜魯華教授為論文通訊作者，青島科技大學(xué)為論文第一完成單位。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.109442
圖1鈉鎢青銅多孔八面體的制備與表征
圖2堿金屬鎢青銅的電催化析氫性能
圖3堿金屬鎢青銅的電催化析氫機理
電解海水制氫面臨著嚴重的陽極動力學(xué)緩慢、氯氧競爭反應(yīng)和電極腐蝕等問題。對此，該團隊近期以含Pt雜原子的多金屬氧酸鹽為前驅(qū)體，通過水熱法設(shè)計合成了一種具有晶態(tài)/非晶態(tài)界面的Pt/MoO3-x催化劑（圖4）。該催化劑在海水介質(zhì)中具有優(yōu)異的析氫-肼氧化雙功能催化活性，有效解決了海水電解過程中陽極析氧反應(yīng)動力學(xué)緩慢、氯氧競爭反應(yīng)及電極腐蝕等問題。研究表明，將晶態(tài)/非晶態(tài)Pt/MoO3-x作為析氫-肼氧化雙功能催化劑用于肼輔助海水分解（OHzSWS）時，電解槽在獲得10和100 mA cm-2時的工作電壓僅分別為55和238 mV，比傳統(tǒng)電解海水系統(tǒng)（OSWS）的工作電壓分別降低了1.584和1.543 V，顯示了巨大的低能耗節(jié)能制氫優(yōu)勢（圖5）。該成果發(fā)表于國際知名期刊Chemical Engineering Journal（中科院1區(qū)TOP期刊，影響因子15.1），碩士研究生權(quán)清豪為論文第一作者，劉光波副教授和姜魯華教授為論文通訊作者，青島科技大學(xué)為論文第一完成單位。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150897
圖4晶態(tài)/非晶態(tài)Pt/MoO3-x催化劑制備與表征
圖5晶態(tài)/非晶態(tài)Pt/MoO3-x的肼氧化輔助電解海水制氫性能
以上研究得到國家自然科學(xué)基金面上項目（22179067和22279069）和山東省自然科學(xué)基金重大基礎(chǔ)研究（ZR2022ZD10）支持。
