最近，在开发用于电化学乙二醇氧化(EGOR)的高效和持久的电催化剂方面取得了相当大的进展，包括过渡金属磷酸盐、硒酸盐、针对产生甲酸(FA)的硫酸盐以及优化用于乙二醇酸(GA)生成的贵金属基材料。
对于FA选择性生产电催化剂，这些过渡金属基材料大多在高电位下经历结构重构，以类似于OER过程的方式形成金属(氧)氢氧化物。这些(氧)氢氧化物中的高价金属位点在特定条件下可以达到相当高的FEFA。
然而，反应速率的提高(特别是在安培水平电流密度下)有利于氧相对中间体的吸附和解吸，导致不可避免的OER竞争。在这方面，设计结构稳定且高效的电催化材料至关重要，这些材料能够促进选择性和快速的EGOR，而不需要经过重构形成OER活性物种。
近日，华东理工大学杨化桂、刘鹏飞和练成等成功地证明了普鲁士蓝色类似物(NiFe-sc-PBA)中Ni(II)位点的稳定性，用于在安培级电流密度下选择性和快速的EGOR。
实验结果表明，NiFe-sc-PBA在1.484和1.625 V的低电位下分别达到500和1000 mA cm-2的电流密度，FA峰值法拉第效率(FEFA)为98.5%，并且在1.60 V下连续运行50小时过程中的FEFA一直保持超过90%，电流密度保持约400 mA cm-2。同时，原位结构表征证实了在EG电氧化过程中Ni(II)位点的稳定性。
分子动力学模拟进一步表明，EG分子优先积累在NiFe-sc-PBA表面，抑制羟基诱导的重构。此外，当EGOR整合到电化学制氢系统中时，与常规碱性水分解系统相比，这种NiFe-sc-PBA阳极不仅在电流密度为1.0和1.5 A cm-2时将电池电压能耗降低了450和530 mV，而且还促进了高附加值产品的生产，提高了技术经济效率。更重要的是，该耦合系统能够在逐步安培电流密度下连续运行超过500小时而没出现性能退化。
总的来说，该项研究强调了理解EGOR过程中底物与稳定Ni(II)活性位点之间相互作用的重要性，为未来开发用于有机亲核物电氧化的高性能电催化剂提供了理论指导。
Stable Ni(II) sites in Prussian blue analogue for selective, ampere-level ethylene glycol electrooxidation. Nature Communications, 2025.04.13. DOI: 10.1038/s41467-025-58203-9
杨化桂，教授(二级)、博导，国家杰出青年科学基金获得者，享受国务院政府特殊津贴专家，澳大利亚昆士兰大学荣誉教授。近年来，以太阳能的转化与存储为基础，围绕光化学能转换功能材料开展研究工作。通过对材料局域原子结构调控，揭示了捕光材料局域原子成键结构影响吸光性能的作用机制；开创了特定晶面结构材料的合成策略；阐明了产氢/产氧助催化剂材料的真实活性结构；搭建了面向光解水材料原位核磁共振性能评价装置；建立了普适性的材料设计筛选策略；开发了多种高效光解水产氢材料体系，实现了光化学能转换性能的大幅提升。迄今，已在Nature、Nat. Energy、Nat. Commun.、Matter、JACS、Angew.、AM等期刊发表SCI论文300余篇，受邀在Chem. Rev.等期刊发表特约综述15篇。
刘鹏飞，副教授，博士生导师。主要从事新能源电催化材料与器件领域的研究工作，在创制高效催化电极材料、工况环境评价活性结构方法以及电解水制氢/电还原二氧化碳制化学品器件应用等方面取得系列研究结果。近5年，以第一/通讯作者身份在Chem、Nature Commun.、Angew.、AM、JACS、Matter、Energy Environ. Sci.、Chem Catal.、AFM及Sci. Bull.、Research、Sci. China Mater.等发表SCI论文50余篇；所发表论文被引用7300余次，8篇曾入选ESI高被引论文；申请发明专利20余项。相关技术为推进“绿氢”及“二氧化碳资源化利用”商业化发展提供重要途径及应用基础。
练成，华东理工大学教授、博士生导师、国家级高层次青年人才(2021)。分别于2012年和2017年华东理工大学化学工程学士和博士学位，期间到加州大学(河滨)联培两年。2017年至2020年先后在华东理工大学、伦敦大学学院和乌特勒支大学从事博士后和访问研究。主要从事分子热力学与新能源化工领域的基础与应用研究。针对国家对可再生能源利用的重大需求，围绕锂离子电池、燃料电池、超级电容器等新能源材料设计与工艺优化等关键科学问题，发展了基于分子热力学的新能源材料设计和制造工艺仿真方法，开展了系统的应用基础研究。近年来以第一作者或通讯作者在Nat Commun、PNAS、PRL、JACS、ACIE、Chem、AIChE J、CES等期刊发表SCI论文80余篇，论文被SCI引用3000余次，多篇文章入选 “高被引论文”、“热点文章”、“编辑精选”，同时也被 Physics.org、Physics Word、Nature Energy等学术网站亮点评述。