近日，我校工學(xué)院材料科學(xué)與工程系陳光良教授團(tuán)隊(duì)以我校為第一單位在材料領(lǐng)域頂刊《Advanced Functional Materials》（中科院一區(qū)TOP，IF：18.5）上，發(fā)表題為 “Activating the Microsized Cubic Co3O4 with Doping Y2O3 Phase Inlaid on the Plasma-Treated Soft Carbon Fiber for a Robust Electrocatalytic Alkalized-Seawater Splitting”的研究論文。該研究在開發(fā)高效、穩(wěn)定、低成本的海水電解制氫催化劑方面取得重要突破。

　　氫氣（H2）作為清潔能源被視為替代化石能源的最有前途的燃料之一，尤其是通過可再生能源驅(qū)動的水電解生產(chǎn)氫氣的過程。基于其優(yōu)勢（如高氫氣純度、零排放），電解水裂解技術(shù)被認(rèn)為是最可靠的氫氣生產(chǎn)方法。眾所周知，整體水分解（OWS）涉及在陰極發(fā)生的氫進(jìn)化反應(yīng)（HER）和在陽極發(fā)生的氧進(jìn)化反應(yīng)（OER）。然而，多電子轉(zhuǎn)移過程導(dǎo)致這些反應(yīng)的動力學(xué)較慢，需要額外的能量消耗。此外，貴金屬（Pt）及其氧化物（RuO2和IrO2）雖為HER和OER的最先進(jìn)催化劑，但其面臨稀缺性和穩(wěn)定性挑戰(zhàn)，為通過水電解（尤其儲量豐富的海水電解制氫）發(fā)展氫氣生產(chǎn)行業(yè)帶來了重大障礙。需要指出的是海水中含有許多陰陽離子，容易使催化劑中毒失活。因此，開發(fā)出對海水電解具有高催化活性、低成本和優(yōu)異穩(wěn)定性的雙功能非貴金屬電催化劑，對于顯著提升海水HER和OER過程的能量效率至關(guān)重要。

　　針對上述挑戰(zhàn)，該研究創(chuàng)新性地基于等離子體處理碳布（PCC）制備的釔氧化物摻雜立方Co3O4（Y2O3-Co3O4）催化劑。該催化劑在海水整體電解中展現(xiàn)出卓越性能。在最佳結(jié)晶溫度（250 °C）下合成的Y2O3-Co3O4/PCC催化劑具有豐富的異質(zhì)界面，這些界面優(yōu)化了活性位點(diǎn)并增強(qiáng)了電子傳遞，從而在傳輸1000 mA cm-2（j1000）時，展現(xiàn)出卓越的HER活性和較低的過電位：301 mV（堿性）和346 mV（海水）。當(dāng)該催化劑集成到AEMWE設(shè)備中時，可實(shí)現(xiàn)生成j1000時的低電池電壓，分別為2.11 V（堿性）和2.47 V（堿化海水）。該研究揭示了協(xié)同效應(yīng)在提升Co3O4催化活性和穩(wěn)定性方面的綜合作用，為工程化高性能、非貴金屬基氧化物軟電極海水電解提供了實(shí)驗(yàn)和理論支撐，并對推動可再生能源制氫產(chǎn)業(yè)化、服務(wù)國家能源戰(zhàn)略和“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202508158