近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员邓德会和研究员于良团队与中国科学技术大学教授路军岭团队、大连化物所研究员俞红梅团队合作，发现铠甲催化剂表面富集的不对称π电子具有独特的限域效应，可同时提升表面限域铂（Pt）原子的活性和稳定性。基于此，合作团队设计合成了高活性、高稳定性的电解水制氢催化剂，并组装了千瓦级质子交换膜电解槽，实现了超低Pt载量、工业大电流密度下的高效酸性电解水制氢。相关成果发表在《焦耳》上。
质子交换膜电解水（PEMWE）是规模化制备绿氢的关键技术之一。贵金属Pt具有适中的氢结合能和优异的耐酸腐蚀性能，在商业PEMWE中通常使用铂/碳（Pt/C）作为阴极催化剂。然而，在长时间运行或高还原电位条件下，Pt/C催化剂中Pt纳米颗粒易发生团聚或从载体上脱落，导致活性位数目减少、整体催化性能衰退。为维持高效、长寿命的电解水过程，往往需要提高Pt载量，这大幅增加了催化剂的成本。
本工作中，团队发现单层石墨烯封装的非贵金属钴镍（CoNi）纳米合金铠甲催化剂结构中，金属向碳的电子转移和金属-石墨烯的电子相互作用可在石墨烯铠甲表面形成富集的不对称π电子态。通过原子层沉积技术，团队在石墨烯铠甲表面不对称π电子富集位点实现了单原子Pt的精准沉积。随后，团队结合多种原位谱学和理论计算研究发现，这种不对称π电子对Pt原子产生独特的电子限域效应：一方面，CoNi纳米合金通过石墨烯铠甲向Pt原子的电子转移使Pt呈富电子状态，优化了Pt位点氢吸附能，促进了氢气脱附，提高了Pt位点电催化析氢活性；另一方面，石墨烯表面富集的不对称π电子与Pt的5d轨道形成强的相互作用，提高了Pt位点的结构稳定性。
团队利用该新型铠甲催化剂组装的PEMWE电解槽，在2.02 V槽电压下可实现4.0 A cm?2的电流密度，且在2.0 A cm?2电流密度下稳定运行超1,000小时。在进一步放大实验中，团队利用该催化剂装配的2.85千瓦PEMWE电解槽同样具有优异的催化活性和稳定性，在1.5 A cm?2工业级电流密度下稳定运行超300小时，展现出优异的工业应用潜力。
该工作为开发高性能、长寿命、低成本酸性电解水制氢催化剂提供了新思路。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101968
为了解决电催化甘油氧化（GOR）技术中，催化剂“不务正业”的问题，中国科学院金属研究所（下称金属所）太阳能与氢能材料研究团队，通过添加微量铜离子，给催化剂穿上了一层不断自我修复的“动态铠甲”，抑制催化......
华东理工大学材料科学与工程学院教授侯宇、杨化桂，副教授刘鹏飞团队，开发了一种具有自修复功能的镧掺杂钴锰氧化物（LCM）阳极材料，在工业级电流密度下实现了长达1200小时的稳定运行，为设计下一代高性能、......
记者31日从昆明理工大学获悉，该校冶金与能源工程学院徐瑞东教授团队联合东南大学、瑞士洛桑联邦理工学院、美国西北大学等机构学者合作，研发了一种新型非贵金属电催化材料，为解决碱性条件下电解水制氢效率低、能......
氢能因具有高能量密度和无碳排放等特性，被认为是化石燃料的可持续替代品。由风能、太阳能等可再生能源驱动电解水制氢，被学界视为具有前景且可持续制备清洁氢燃料的方法。电化学水分解包含阳极析氧反应（OER）与......
近日，中国科学院大连化学物理研究所能源催化转化全国重点实验室能源与环境小分子催化研究中心研究员邓德会和于良团队与中国科学技术大学教授路军岭团队、大连化物所高效电解水制氢研究组研究员俞红梅团队合作，发现......
近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员邓德会和研究员于良团队与中国科学技术大学教授路军岭团队、大连化物所研究员俞红梅团队合作，发现铠甲催化剂表面富集的不对称π电子具有独特的限域效应，可同时提升表面限......
记者6日从中国华电集团有限公司获悉，中国华电所属中国华电科工集团有限公司500标方/小时质子交换膜电解槽、3300标方/小时碱性电解槽产品日前正式下线，2.5兆瓦质子交换膜电解槽实证平台投用。这标志着......
日前，南开大学电子信息与光学工程学院罗景山教授团队联合西班牙巴斯克大学科研团队，在电催化水分解制氢研究中取得重要进展。该联合团队利用金属载体相互作用构筑了碱性条件高活性析氢催化剂，能够在每平方厘米5安......
日前，南开大学电子信息与光学工程学院罗景山教授团队联合西班牙巴斯克大学科研团队，在电催化水分解制氢研究中取得重要进展。该联合团队利用金属载体相互作用构筑了碱性条件高活性析氢催化剂，能够在每平方厘米5安......
近日，华东理工大学材料科学与工程学院清洁能源材料与器件团队在生物质氧化耦合低能耗电解水制氢领域取得新进展，相关研究发表于《化学》。利用可再生电力驱动的电解水制氢，是助力我国“双碳”目标实现的理想途径之......