近日，哈爾濱工業大學（深圳）前沿學部理學院研究團隊在質子膜水電解制氫陽極電催化領域取得重要突破，成功解決了銥鎳氧電催化劑活性與穩定性難以兼顧的技術難題，該科研成果為我國清潔能源技術的發展注入了強勁動力。。這一突破性成果中，鎢元素發揮了關鍵作用，為綠氫產業的未來發展開辟了新的技術路徑。
鎢元素圖片
在全球積極尋求清潔能源轉型的大背景下，氫能作為一種高效、清潔的二次能源，受到了廣泛關注。質子膜水電解制氫技術憑借其獨特優勢，成為了未來綠氫生產的核心技術之一。它環境友好，在制氫過程中幾乎不產生污染物；電流密度高，能夠高效地將電能轉化為化學能；響應快速，能及時根據能源供應和需求變化進行調整；還具備耐波動特性，適合與風、光等波動性可再生能源直接耦合，有效解決可再生能源發電不穩定的問題。然而，這項技術在陽極電催化方面一直面臨著活性-穩定性難題，限制了其大規模應用和成本降低。
質子膜水電解制氫實驗圖片
針對上述的問題，哈工大研究團隊提出了基于雙重調控的創新策略。他們發現，通過在銥鎳氧電催化劑中巧妙引入銥-氧-鎢橋聯基團，能夠實現對催化劑表面重構以及析氧反應路徑的精確調控與優化。這一發現猶如一把鑰匙，打開了突破技術瓶頸的大門。
在研究過程中，團隊克服了氧化鎢與氧化銥難溶性等技術難題，采用鎳輔助銥鎢電沉積脫合金方法，成功實現了納米氧化銥的原子級均勻鎢-氧摻雜。這一突破為后續研究奠定了堅實基礎。
進一步研究表明，銥-氧-鎢橋聯基團通過雙位點協同機制顯著提升了催化劑的性能。一方面，它有效抑制了晶格氧參與反應，避免了催化劑性能的衰減；另一方面，通過電荷補償機制，解決了過渡金屬刻蝕和銥位點氧化態升高的問題，顯著增強了催化劑的穩定性。此外，橋聯氧作為質子受體，在酸性電解質中促進了質子轉移，解除了關鍵中間體質子化脫除的限制，進一步提升了析氧反應的活性。
這一研究成果不僅實現了重構氧化銥基催化劑電化學性能與穩定性的雙重提升，為質子膜水電解制氫技術的實際應用提供了更可靠的催化劑，還為酸性電解低成本高性能析氧催化劑的進一步設計提供了寶貴的借鑒。
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