科学家为设计有机亲核小分子电氧化催化材料提供新策略

　　华东理工大学材料科学与工程学院教授杨化桂、副教授刘鹏飞团队联合化学与分子工程学院教授练成团队，在普鲁士蓝类似物体系中发现了独特的低价镍（Ni）活性位点，可以实现稳定、高效、高选择性的乙二醇氧化（EGOR）过程，为催化剂/反应物界面相互作用提供了全新理解，也为设计高效、稳定的有机亲核小分子电氧化催化材料提供了重要借鉴。相关研究近日发表于《自然-通讯》。

　　有机小分子亲核替代反应可以大幅降低电解水制氢能耗，但大多催化材料在反应过程中会发生原位重构，形成高价金属中心活性物种。在醇类小分子电氧化过程中，高价金属羟基氧化物在特定电压范围内可以实现高甲酸选择性，但是由于高价态活性位点同样可以催化析氧反应（OER），产生不可避免的OER竞争，从而降低反应选择性以及带来工业氢/氧混合爆炸的风险。

　　为解决此问题，研究团队在前期研究基础上进一步展开深入探索。理论结合实验验证结果表明，Ni（Ⅱ）位点无需重构形成高价的活性物质便可以发生高选择性EGOR催化过程。研究团队进一步证实了“催化剂-反应物相互作用关系”在醇类氧化中的重要性，Ni（Ⅱ）活性中心在EGOR反应中展现出了优异的催化活性。

　　为了进一步探究催化剂的实际应用潜力，研究团队对催化剂进行了膜电极器件组装，较之于OER//HER体系，EGOR//HER体系显著降低了输入电压，在宽运行电流密度范围内实现高甲酸法拉第效率。同时，研究团队组装的耦合制氢系统在1.0或1.5 A cm－2的电流密度下稳定运行了500小时，且没有出现明显的性能衰减。