上海交大构筑非对称Mo-Ni原子对 突破制氢瓶颈

IT时代网10月28日消息，上海交通大学环境科学与工程学院张礼知教授团队联合企业，在《自然·可持续》发表研究成果。团队精准构筑间距为 2.85 埃的非对称 Mo-Ni 原子对，成功诱发水氧化反应中的氧化物路径机制，在工业级电流密度下实现高活性与长寿命的统一。

碱性水电解具有成本低、易放大等优势，但阳极析氧反应动力学缓慢，长期制约电解槽的能效与寿命。面向 2030 年工业应用需求，电解槽需在每平方厘米 2.5 安培以上的电流密度下运行，阳极催化剂还须在降低过电位的同时保持稳定。

传统镍基催化剂受限于两类机制：吸附质演化机制受含氧中间体吸附能之间的标度关系制约，理论过电位较高；晶格氧机制易引发结构重构和失稳。相比之下，氧化物路径机制通过相邻吸附态氧中间体的直接偶联形成氧氧键，为优化反应能垒提供了另一条路径。商业镍毡上相邻镍位点间距约为 2.93 埃，不利于相邻中间体的直接偶联。

研究团队先通过密度泛函理论计算筛选出钼与镍构成的异质原子对，确定 2.85 埃构型获得最低计算过电位，随后开发氢调控合成策略，在商业镍毡上构筑 Mo-Ni 原子对。测试显示，优化样品中钼与镍的拟合间距为 2.85 埃，钼以单原子形式分散，未形成团簇或纳米颗粒。

在阴离子交换膜电解槽中，2.85 埃 Mo-Ni 阳极在每平方厘米 2 安培下实现 1.78 伏槽压，达到美国能源部提出的指标要求。团队已完成 71 平方厘米阴离子交换膜电解槽与 333 平方厘米碱性电解槽的工业化放大验证。

编辑：林一舟