余穎教授課題組在大電流電解海水制氫方面取得重要進展

華大在線訊（通訊員王棣）最近，物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院余穎教授課題組與吉林大學(xué)李莉萍教授、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）余家國教授合作，在大電流電解海水制氫方面取得重要進展，相關(guān)成果以“Rapid self-reconstruction of Fe-modified Ni hydroxysulfide for efficient and stable large-current-density water/seawater oxidation”為題發(fā)表在國際能源與環(huán)境領(lǐng)域重要期刊Energy & Environmental Science（https://doi.org/10.1039/D2EE01478E）上。該工作是余穎教授繼之前電解水/海水領(lǐng)域取得重要研究成果（Energy & Environmental Science2017, 10: 1820）；Nature Communications 2019, 10: 5106）基礎(chǔ)上的又一重要進展。論文第一作者為物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士生黃楚強。

合理設(shè)計快速自重構(gòu)并能在商業(yè)所需大電流密度下穩(wěn)定運行的高效OER電催化劑是提高電解水制氫效率的關(guān)鍵，但充滿挑戰(zhàn)。為此，該團隊研究人員開發(fā)了簡單的兩步氧化策略，在泡沫鎳上原位生長鐵修飾的羥基硫化鎳（Fe-NiSOH)納米片陣列，實現(xiàn)了高效穩(wěn)定的大電流密度水/海水氧化。通過系統(tǒng)的研究表明，F(xiàn)e-NiSOH中的S原位析出加速了電極的自重構(gòu)過程，并促進生成了高活性的Ni⁴⁺，從而促發(fā)晶格氧機理。此外，得益于Fe-NiSOH電極優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，在堿性水中分別只需要207、240和268 mV的過電位就可以提供10、100和500 mA cm^-2的電流密度，而且能夠在商用電流密度（500 mA cm^-2）下穩(wěn)定工作1100小時。更重要的是，它還具有良好的海水氧化活性和優(yōu)異的抗海水腐蝕能力，在500 mA cm^-2穩(wěn)定運行超過了900小時，具有很好的應(yīng)用前景。這項研究為構(gòu)建快速自重構(gòu)、高效穩(wěn)定的電解水/海水催化劑提供了一種新的思路，也為電解海水的工業(yè)化應(yīng)用提供了性能優(yōu)異的催化劑。

該研究得到國家自然科學(xué)基金、中央高校基本業(yè)務(wù)費、華中師范大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文培育項目的資助。

（審讀人：俞云偉）