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这种自重建电极可以增强绿色氢气的生产
随着变化而变得更加活跃的金属表面可以帮助绿色氢电解槽运行得更努力、更长久。中国科学院的研究人员开发出一种将五种金属结合在高熵反钙钛矿结构中的电极。该材料以多孔镍泡沫为支撑，帮助阴离子交换膜 (AEM) 电解槽维持工业 [...]
来源:SciTech日报随着变化而变得更加活跃的金属表面可以帮助绿色氢电解槽运行得更努力、更长久。
中国科学院的研究人员开发出一种将五种金属结合在高熵反钙钛矿结构中的电极。该材料以多孔镍泡沫为支撑，帮助阴离子交换膜 (AEM) 电解槽维持工业相关的电流密度数百小时，而性能几乎没有损失。
该工作由合肥物质科学研究院固体物理研究所孟国文和陈斌领导的工作发表在《ACS Nano》上。
消除制氢瓶颈
电解利用电力将水分解成氢气和氧气。当电力来自太阳能或风能等可再生能源时，所产生的氢气可以在不产生与依赖化石燃料的传统方法相关的直接碳排放的情况下产生。
AEM水电解旨在将碱性电解槽较低的材料成本与质子交换膜系统的一些性能优势结合起来。一个持续存在的障碍是析氧反应（OER），这是一种转移四个电子的复杂过程，通常比氢的形成过程慢得多。
加速该反应需要高活性的催化剂，但剧烈的操作条件可能会逐渐溶解、重组或失活它们。因此，商业实用的电极必须在高电流密度下提供强大的性能，同时长时间保持稳定。
五种金属形成一个电极
研究人员创建了一种高熵反钙钛矿材料，其成分为 (InN(NiCoFeCrV)₃)，将镍、钴、铁、铬和钒组合在一个结构中。结合多种金属可以产生电子和化学相互作用，这是较简单材料所无法实现的，从而使研究人员能够调整催化活性和耐久性。
该团队没有将催化剂作为单独的涂层应用，而是直接在泡沫镍上生长。该泡沫提供了导电的多孔框架，具有丰富的暴露表面积，有助于电力和电解质有效地到达催化材料。
“我们的目标是开发一种耐用且高效的电极，用于大规模制氢，”孟国文说。 “该电极在 AEM 水电解中表现出优异的析氧性能和长期稳定性，展示了其实际制氢的潜力。”
自我重建的表面
在碱性电解液中，电极只需 279 毫伏的过电位即可达到每平方厘米 100 毫安。它持续运行了 500 多个小时，表明其活性可以承受长时间暴露在苛刻的反应条件下。
当安装在 AEM 电解槽中时，电极在 1.662 伏的电池电压下提供每平方厘米 500 毫安的电流。该装置在 400 多个小时内保持稳定，几乎没有损坏，这是一个重要的结果，因为大型氢气系统必须在高输出下运行，而无需频繁更换催化剂。
分析表明电极并未保持化学静态。它的一些金属成分在操作过程中逐渐溶解，从而在表面形成新的活性层。这种重构不是简单地降解催化剂，而是在表面和底层反钙钛矿材料之间产生有利的相互作用，从而改善电荷转移和析氧活性。
迈向更实惠的绿色氢
研究结果表明，受控表面重建可以被视为一种设计特征，而不是不可避免的催化剂损坏形式。通过将原始材料改造为高活性表面，同时保持稳定的基础，研究人员也许能够延长电极寿命，而无需严重依赖稀有的贵金属。
这种方法为 AEM 水电解提供了一种获得耐用、成本较低的电极的潜在途径。还需要在工业条件下进行进一步的测试，但高电流输出、持续运行和自形成活性表面的结合可以支持更有效地生产绿色氢气。
参考文献：“高熵反钙钛矿中的缺陷驱动表面重建，生成莫特-肖特基界面以促进氧气析出”，作者：Jing Zhang、Rui Wan、Yuguang Wang、Xiaoxiao Wu、He Liu、Bin Chen 和Guowen Men，2026 年 6 月 29 日，ACS Nano.DOI：10.1021/acsnano.6c02462
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