近期，材料科学与工程学院黄明华教授课题组在电解海水制氢催化材料研究方面取得系列进展，相关成果Alleviating the work function of vein-like CoXP by Cr doping for enhanced seawater electrolysis（优化Cr掺杂叶脉状CoXP的功函数促进海水电解）和Dual interface-reinforced built-in electric field for chlorine-free seawater oxidation（双界面增强内建电场实现无氯海水氧化）分别在Advanced Functional Materials和Applied Catalysis B: Environmental等国际顶尖材料和能源领域期刊上发表。
发展氢能经济是我国向可再生零碳能源结构转型，实现“碳达峰、碳中和”目标的必由之路。电解水制氢因其操作简单、产物无污染等优点，被认为是一种非常有前景的绿氢制备技术之一。海水占世界水资源总量的97%左右，分布广泛且蕴含的氢能热值是地球化石燃料总量的9000倍，故通过电解海水制氢比电解淡水制氢具有明显的资源优势和重要的现实意义。然而，由于海水成分复杂并存在高浓度Cl-离子，阳极上发生的析氯竞争反应会降低析氧反应的法拉第效率，同时产生的含氯物种会严重腐蚀电极并降低析氧反应的稳定性。
针对上述问题，黄明华教授课题组与青岛大学、香港理工大学等单位合作开发出Cr掺杂叶脉状磷化催化剂（Cr-CoXP），通过Cr掺杂有效降低CoXP功函数，优化关键反应中间体的吸附自由能，降低析氧反应能垒。该催化剂在268和325 mV的过电位下，分别实现了20和100 mA cm-2的电流密度，并展示出较高的析氧反应选择性和长期稳定性（Adv. Funct. Mater. 2023, 2214081）。此外，该课题组报道了一种包含(Ni, Fe)OOH/Ni12P5/Ni2P双界面的(Ni,Fe)OOH@NixP异相催化剂，通过双界面协同增强了内建电场，促进了析氧反应动力学，削弱了Cl-的吸附能力，实现了高电流密度下无氯海水氧化反应，展示出在工业电解海水制氢应用中良好的应用潜力，为构筑低成本高效稳定的过渡金属基催化材料提供了新思路（Appl. Catal. B: Environ. 2023, 336,122926）。
Cr-CoxP材料的析氧和析氢反应理论计算图
文/图：张树聪
