日前，南開大學羅景山教授團隊等在電催化水分解制氫研究中取得重要進展。他們利用金屬載體相互作用構筑了堿性條件高活性析氫催化劑，能夠在每平方厘米5安培的大電流密度下穩定運行超過1000小時，滿足了陰離子交換膜(AEM)電解水制氫技術商業化應用的需求。相關研究成果在國際學術期刊《自然-通訊》發表。
AEM制氫技術被認為是第三代電解水制氫技術。它集堿性電解水與質子交換膜電解水兩種電解水制氫技術優勢于一體，具有高效率、低成本、快速啟停等特點，但在大電流密度下電解槽系統穩定性不足限制了其產業化應用。因此，開發大電流密度下壽命長、性能穩定的堿性析氫催化劑是AEM制氫技術亟待解決的核心問題之一。
據羅景山介紹，當前的電解水過程大多使用鉑基材料作為析氫反應催化劑，性能優良但成本較高。釕作為價格較低的貴金屬，具有高催化活性和良好的耐久性，是鉑的理想替代品，具有較好的應用前景。“已被報道的堿性條件下的釕基析氫催化劑大多是在低電流密度下進行測試。能夠在大電流密度下保持電催化劑的高性能，從而滿足大規模商業化應用的需要，是我們團隊攻關的核心問題。”羅景山說。
由載體和貴金屬組成的非均相催化劑是能量轉換、化學合成和污染物降解等領域研究的重點。載體和金屬的相互作用會影響催化劑的性能。團隊研究發現，釕納米顆粒與氮化鈦載體之間具有強相互作用，能有效調節釕納米顆粒的電子結構，優化氫中間體的吸附能，提高催化活性。
“我們使用氮化鈦負載的釕納米顆粒催化劑作為析氫反應催化劑組裝了AEM電解槽，在每平方厘米0.5安培、1安培和2安培的電流密度下分別實現了70.1%、64.3%和58.0%的能量效率，并能在上述電流密度下穩定運行超過1000小時，性能幾乎沒有衰減。”南開大學博士生趙佳說。
“在每平方厘米5安培的工業級電流密度下，我們的研究成果能夠在AEM電解槽中高效穩定運行，滿足了AEM制氫大規模商業化應用的需求。”羅景山說，未來，該團隊將繼續投入到綠氫制備技術的自主研發之中，促進科技成果盡快轉化落地，為構建零碳、低成本、安全可靠的綠氫能源供給體系貢獻力量。
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