科學家為設計有機親核小分子電氧化催化材料提供新策略

　　華東理工大學材料科學與工程學院教授楊化桂、副教授劉鵬飛團隊聯合化學與分子工程學院教授練成團隊，在普魯士藍類似物體系中發現了獨特的低價鎳（Ni）活性位點，可以實現穩定、高效、高選擇性的乙二醇氧化（EGOR）過程，為催化劑/反應物界面相互作用提供了全新理解，也為設計高效、穩定的有機親核小分子電氧化催化材料提供了重要借鑒。相關研究近日發表于《自然-通訊》。

　　有機小分子親核替代反應可以大幅降低電解水制氫能耗，但大多催化材料在反應過程中會發生原位重構，形成高價金屬中心活性物種。在醇類小分子電氧化過程中，高價金屬羥基氧化物在特定電壓范圍內可以實現高甲酸選擇性，但是由于高價態活性位點同樣可以催化析氧反應（OER），產生不可避免的OER競爭，從而降低反應選擇性以及帶來工業氫/氧混合爆炸的風險。

　　為解決此問題，研究團隊在前期研究基礎上進一步展開深入探索。理論結合實驗驗證結果表明，Ni（Ⅱ）位點無需重構形成高價的活性物質便可以發生高選擇性EGOR催化過程。研究團隊進一步證實了“催化劑-反應物相互作用關系”在醇類氧化中的重要性，Ni（Ⅱ）活性中心在EGOR反應中展現出了優異的催化活性。

　　為了進一步探究催化劑的實際應用潛力，研究團隊對催化劑進行了膜電極器件組裝，較之于OER//HER體系，EGOR//HER體系顯著降低了輸入電壓，在寬運行電流密度范圍內實現高甲酸法拉第效率。同時，研究團隊組裝的耦合制氫系統在1.0或1.5 A cm－2的電流密度下穩定運行了500小時，且沒有出現明顯的性能衰減。