哈尔滨工业大学周伟，发表AFM！

2025年2月18日上午11:48 • 顶刊解读

与较成熟的碱性电解(ALK)和质子交换膜(PEM)技术相比，海水电解的大规模应用仍然受到各种基本问题的制约。其中，催化剂的氯腐蚀被认为是制约海水电解大规模应用的瓶颈。

阳极的析氧反应(OER)和析氯反应(CER)之间存在强烈的竞争，CER的电位比OER高480 mV，这意味着CER的出现增加了阳极的能量消耗，这进一步增加了制氢成本。同时，由于反应中间体(OOH*)的吸附较差，OER的实际优先级可能被颠倒。这可能导致氯化物与催化剂结合，进一步产生氯盐并从表面分离，导致电极失效。

值得注意的是，迄今为止报道的大多数催化剂只能在海水中承受500 mA cm^-2的工业电流密度，并且它们很少能稳定超过200小时。因此，合成高度稳定和选择性的制氢催化剂是推进海水电解发展的关键。

近日，哈尔滨工业大学周伟课题组采用硫脲和CoFe合金同时电活化的方法，成功地合成了SO₄^2-插层的CoFe LDH催化剂(SO₄^2-/CoFe LDH)，该催化剂在碱性海水中具有良好的催化活性、动力学性能和稳定性。

实验结果表明，SO₄^2-/CoFe LDH催化剂在碱性盐水中(1.0 M KOH +1.0 M NaCl)达到300 mA cm^-2电流密度所需的OER过电位仅为294 mV，并且能够在50-400 mA cm^-2的多电流阶跃实验中(120小时)和i-t实验中(100 mA cm^-2，200小时)一直保持稳定。

此外，以真实海水作为电解质，基于SO₄^2-/CoFe LDH的电解槽(Pt/C||SO₄^2-/CoFe LDH)仅需1.791和1.871 V的电池电压就能达到500和1000 mA cm^-2的大电流，并能够在500 mA cm^-2下连续稳定电解超过1000小时。

系统的表征和理论计算表明，SO₄^2-/CoFe LDH的层间SO₄^2-抑制了Co位点上产生电子空位，这不仅降低了反应中间体OOH*的吸附强度，从而改善了OER的性能，而且抑制了Cl^–的吸附，从而提高了OER的选择性。

此外，采用Pt/C||SO₄^2-/CoFe LDH电偶组装的海水AEM电解槽在工业条件下获得了高活性(2.264 V，500 mA cm^-2)和高运行时间(150小时，500 mA cm^-2)。并且该AEM电解槽在500 mA cm^-2下的工作效率高达55%，每GGE H₂的价格低至1.211美元。

综上，该项研究以硫脲辅助电解为基础，为LDH和阴离子的同时活化提供了新的策略，为设计具有优良催化性能和长期耐久性的工业催化剂提供了指导。

Taking advantage of activation potential coincidence to unlock stable direct seawater splitting. Advanced Functional Materials, 2025. DOI: 10.1002/adfm.202419871

声明：如需转载请注明出处（华算科技旗下资讯学习网站-学术资讯），并附有原文链接，谢谢！

哈尔滨工业大学周伟，发表AFM！

相关推荐