隨著全球能源轉型步伐加快，氫能作為一種清潔、多功能的能源載體，正成為助力高排放行業(yè)和交通運輸部門脫碳的關鍵力量。其中，可再生電力驅動的水分解為綠色氫氣生產提供了可持續(xù)的路徑，但受限于析氧反應(OER)動力學緩慢且缺乏高效、可擴展且耐用的電極，其大規(guī)模應用面臨阻礙。
近日，中國科學院國家納米科學中心趙申龍教授領導的研究團隊取得重要突破，開發(fā)出用于堿性水電解的可擴展金屬有機骨架(MOF)電極。該電極具有合成簡便、效率高、工業(yè)適用等特點，為綠色氫能生產帶來了新希望。
研究團隊利用超聲波技術制備了公斤級的MOF粉末，并通過室溫電沉積技術制備了大面積電極。這些電極集成到堿性電解系統后，能耗低至4.11 kWh Nm ?3 H 2，且可穩(wěn)定運行超過5000小時。
MOF電極的優(yōu)異性能得益于鈰(Ce)摻雜，它能調節(jié)鈷(Co)活性位點的電子結構，顯著提升OER動力學。同時，雙金屬CoCe-MOF的晶格畸變和高表面積增強了物質傳輸(水/氣體擴散)和電解質可及性，提高了實際器件中的催化效率。
憑借獨特結構，這些電極高效制氫成本僅為每公斤2.71美元，降低了成本，在可持續(xù)大規(guī)模應用方面展現出巨大潛力。相關研究成果已發(fā)表在《自然化學工程》雜志上。
該研究為基于MOF的電解技術重塑能源格局提供了商業(yè)可行的途徑。未來，研究團隊將進一步優(yōu)化合成工藝，確保大規(guī)模生產過程中的性能一致性，并擴展與不同工業(yè)電解系統的兼容性。
