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氫能被譽為清潔能源的“未來之星”，如何高效、低成本地制備氫氣成為科研界與產(chǎn)業(yè)界共同關注的焦點。近日，西安交通大學化學工程與技術學院趙旭研究員團隊，在陰離子交換膜電解水制氫催化劑方面取得重要進展，為解決陽極催化劑在強腐蝕條件下結構失穩(wěn)、活性下降的難題提供了新路徑。這項研究成果于9月23日發(fā)表于《德國應用化學》。

“陰離子交換膜電解槽結合了傳統(tǒng)堿性和質子交換膜電解槽的優(yōu)點，被認為是實現(xiàn)高效低能耗制氫的有力路線，但陽極析氧反應過程中，催化劑容易發(fā)生結構重構，導致性能衰減，制約了其大規(guī)模應用?！壁w旭介紹道。

針對這一瓶頸問題，團隊提出了一種“氟介導穩(wěn)定重構”策略，通過在催化劑制備過程中提前引入氟離子，增強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(tài)CoOOH納米片形成規(guī)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(wěn)定性訓練’?！壁w旭解釋道，“氟離子的介入，就像在催化劑骨架中埋入‘錨點’，在后續(xù)反應過程中穩(wěn)定鈷位點，使其在強堿、高電位環(huán)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?！?/p>

實驗表明，該催化劑在陰離子交換膜電解槽中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能：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℃和工業(yè)級電流密度下連續(xù)運行1200小時，性能幾乎未見衰減。

“這項工作的核心突破，在于我們實現(xiàn)了在真實工況下對催化劑重構行為的‘精準調控’?！眻F隊博士生、論文第一作者趙靜璇表示，“這種結構不僅增強了金屬與氧的共價性，觸發(fā)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(xiàn)動態(tài)平衡。”

趙旭表示，該策略具有工藝簡便、易于放大的特點，為開發(fā)高性能、低成本的電解水制氫裝置提供了新思路，有望推動氫能制備技術向更節(jié)能、更穩(wěn)定的方向發(fā)展。