学术动态

近日，我院吴义强院士、卿彦教授研究团队在国际顶级期刊《Advanced Materials》上（影响因子为26.8，中科院一区TOP）发表了题为“Colloid-Mediated Synthesis of Hierarchically Porous Amorphous Catalyst for Durable Industrial-Scale Water Electrolysis”（胶体介导合成分级多孔非晶催化剂助力长效工业规模水电解）的研究论文。我院博士后廖宇为论文第一作者，吴义强院士、卿彦教授、伦敦大学学院何冠杰教授为通讯作者，中南林业科技大学为论文的第一完成单位。该成果得到了国家“十四五”重点研发计划课题等项目的支持。

随着全球能源结构向低碳化转型，氢能作为清洁能源载体至关重要。利用可再生能源进行电解水制氢，是获取“绿氢”的理想途径。其中，阴离子交换膜水电解技术兼具成本与效率优势，但其大规模应用的核心瓶颈在于缺乏能够在工业级高电流密度下长期稳定运行的高性能、低成本非贵金属催化剂。

针对此难题，研究团队创新提出“胶体介导化学镀”策略。该策略在常温常压下，利用原位生成的Fe-W-O胶体精准调控沉积过程，有效抑制致密层形成，在具有独特垂直贯通孔道结构的纯化木材骨架上，成功构筑了分级多孔的非晶态铁掺杂镍钨硼（Fe-NiWB）活性镀层。木材天然的取向通道为电解液高效浸润和气泡快速释放提供了理想路径，与上述策略协同，实现了催化剂活性位点的高效暴露、反应物质的快速传输以及与基底的牢固结合。

机理研究表明，Fe的掺入不仅优化了NiWB基体的电子结构，促进电荷转移并降低反应能垒，更能在析氧反应中动态诱导表面重构为高活性的(Fe)NiOOH相，从而同步提升了本征活性与稳定性。得益于此，该木基催化剂展现出卓越的双功能催化性能与超长耐久性：在碱性电解液中，其能在500 mA cm⁻²的工业级电流密度下稳定运行超过2000小时。基于该催化剂组装的阴离子交换膜电解槽，仅需1.55 V的低槽压即可实现500 mA cm⁻²的电流密度，性能优于贵金属基准体系。技术经济分析表明，该技术路线的制氢平准化成本可低至1.74美元/公斤氢气，已具备显著竞争优势。

该工作不仅为设计工业级电解水催化剂提供了创新的材料体系与可扩展的制备方法，也展现了生物质基材料在高端能源转化领域的巨大应用潜力，为低成本“绿氢”的规模化生产奠定了坚实基础。