科技日報訊（記者王禹涵）氫能被譽為清潔能源的“未來之星”，如何高效、低成本地製備氫氣成為科研界與產業界共同關注的焦點。記者10月9日獲悉，西安交通大學化學工程與技術學院研究員趙旭團隊在陰離子交換膜電解水制氫催化劑製備方面取得重要進展，為解决陽極催化劑在强腐蝕條件下結構失穩、活性下降的難題提供了新路徑。這項研究成果近日發表於國際期刊《德國應用化學》。
“陰離子交換膜電解槽結合了傳統鹼性和質子交換膜電解槽的優點，被認為是有力實現高效低能耗制氫的技術路線。但陽極析氧反應過程中，催化劑容易發生結構重構，導致效能衰减，制約了其大規模應用。”趙旭介紹道。
針對這一瓶頸問題，團隊提出了一種“氟介導穩定重構”策略，通過在催化劑製備過程中提前引入氟離子，增强金屬與氟的鍵合作用，從而在電解水工作條件下引導非晶態羥基氧化鈷納米片形成規整化的長程無序結構。
“簡單來說，我們像是給催化劑預先做了一次穩定性訓練。”趙旭解釋道，“氟離子的介入，就像在催化劑骨架中埋入‘錨點’，在後續反應過程中穩定鈷位點，使其在強鹼、高電位環境下仍能保持有序的非晶結構，從而顯著提升活性和耐久性。”
實驗表明，該催化劑在陰離子交換膜電解槽中表現出優异的效能：制氫電流達到商用貴金屬催化劑的5倍，每標準立方米氫氣耗電量僅為3.7千瓦時，且在80攝氏度和工業級電流密度下連續運行1200小時，效能幾乎未見衰减。
“這項工作的覈心突破，在於我們實現了在真實工况下對催化劑重構行為的‘精准調控’。”團隊博士生、論文第一作者趙靜璿介紹，“這種結構不僅增强了金屬與氧的共價性，觸發晶格氧參與反應，還通過引入拉伸應變促進氧物種的再生，實現動態平衡。”
趙旭表示，該策略具有工藝簡便、易於放大的特點，為開發高性能、低成本的電解水制氫裝置提供了新思路，有望推動氫能製備技術向更節能、更穩定的方向發展。