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科学家们为有机亲核小分子电氧化催化材料的设计提供了新的策略

研发家 | 2025-05-14

华东理工大学材料科学与工程学院教授杨化桂、副教授刘鹏飞与化学与分子工程学院教授合作成为一个团队，在普鲁士蓝色类似物体系中发现了独特的低成本镍(Ni)能实现稳定、高效、高选择性乙二醇氧化的活性位点(EGOR)这一过程为催化剂/生成物界面的相互作用提供了新的理解，也为有机亲核小分子电氧化催化材料的高效稳定设计提供了重要的参考。相关研究最近在《自然通信》上发表。

有机小分子亲核替代反应可以大大降低电解水制氢的能耗，但大多数催化剂材料在反应过程中会重建原点，形成高价值的金属中心活性物种。在醛类小分子电氧化过程中，高价值金属甲基氧化物可以在特定电压范围内实现高甲酸的选择性，但由于高价值活性点也可以催化氧分析反应(OER)，不可避免地会产生OER竞争，从而降低反应选择性，并带来工业氢/氧混合和爆炸的风险。

为了解决这一问题，研究团队在前期研究的基础上进一步深入探索。结合实验验证结果显示理论，Ni(Ⅱ)高选择性EGOR催化过程可以在不重构高价活性成分的情况下发生。研究小组进一步验证了“催化剂-生成物相互作用关系”在醛氧化中的重要性，Ni(Ⅱ)在EGOR反应中，活性中心表现出极好的催化活性。

为进一步探讨催化剂的实际应用潜力，研究小组对催化剂进行了膜电极装置组装，与OER//HER系统相比，EGOR//HER系统显著降低了输入电压，在宽运行电流强度范围内实现了高甲酸法拉第效率。同时，研究团队组装的莲藕制氢系统为1.0或1.5 A cm-在电流强度下稳定运行500小时，且无明显性能衰减。