中國科學(xué)院院士、深圳理工大學(xué)院士工作站教授成會(huì)明，深圳理工大學(xué)材料科學(xué)與能源工程學(xué)院助理教授彭晶團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了具有豐富反位缺陷的三元層狀氮化物FeWN2電催化劑，在生物質(zhì)電氧化制氫領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。

生物質(zhì)電氧化制氫是繼電解水之后又一新興的綠色能源技術(shù)。該技術(shù)通過降低陽極氧化勢壘和生產(chǎn)有價(jià)值的化學(xué)物質(zhì)，為傳統(tǒng)水電解制氫提供了極具潛力的替代方案。然而，由于生物質(zhì)分子中高能碳?xì)滏I和氫氧鍵的裂解困難，現(xiàn)有技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)級(jí)電流密度，嚴(yán)重制約了其規(guī)?；瘧?yīng)用。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在60攝氏度的雙電極電解槽環(huán)境下，當(dāng)電壓為0.69伏時(shí)，電流密度可達(dá)2.5安每平方厘米;電壓提升至1.12伏時(shí)，電流密度高達(dá)4安每平方厘米，且制氫的法拉第效率達(dá)到100%，實(shí)現(xiàn)了極高的能源轉(zhuǎn)化效率。

此外，通過先進(jìn)的原子級(jí)分辨率表征技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)深入解析了FeWN2納米片的微觀結(jié)構(gòu)特征，發(fā)現(xiàn)該催化劑呈現(xiàn)出一種巖鹽結(jié)構(gòu)且富含反位缺陷。這些特殊的“小機(jī)關(guān)”是提升催化性能的關(guān)鍵。

與現(xiàn)有催化劑相比，F(xiàn)eWN2在催化抗壞血酸氧化反應(yīng)中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。在酸性條件下，該催化劑能夠在100毫安每平方厘米的電流密度下保持超過180小時(shí)的長期穩(wěn)定運(yùn)行，其性能遠(yuǎn)超同類催化劑。

這一研究成果不僅為開發(fā)高效有機(jī)氧化催化劑提供了新的設(shè)計(jì)思路，而且為推動(dòng)生物質(zhì)電氧化制氫技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)，對(duì)發(fā)展清潔能源技術(shù)具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1002/anie.202500678