科技日报记者 王祝华 通讯员 余文茜
记者近日从海南大学获悉，该校热带海洋工程材料及评价全国重点实验室副教授饶鹏团队基于等离子体轰击技术，创新性地将原子级分散的钴位点锚定于二氧化钌表面，实现质子交换膜水电解高效可持续制氢。相关研究成果已发表在材料领域期刊《先进功能材料》上。
当前电解水制氢领域存在两方面问题：一方面，质子交换膜电解水技术因具有产气纯度高、响应速度快等优势，被视为大规模生产绿色氢能的潜力路径，但其商业化进程受限于析氧反应催化剂成本高、稳定性差等核心瓶颈；另一方面，二氧化钌凭借优异的氧析出反应活性及相对较低的成本备受行业关注，然而传统钌基氧化物催化剂所遵循的晶格氧化机制会生成氧空位，这一缺陷制约了其稳定性。
为破解这一难题，研究团队通过等离子体轰击技术，成功制备了表现出优异稳定性的单原子钴载二氧化钌催化剂。钴位点的引入不仅有效降低了晶格氧迁移率，还抑制了局部氧化态转移，减少了活性组分的流失与结构劣化，从而有效将反应机制从易失活的晶格氧氧化机制，转变为稳定性更优的吸附演化机制，显著提升了材料的稳定性。进一步的理论计算证实，钴位点可优化关键中间体在活性位点上的吸附行为，降低反应决定速率步骤的能垒，进而提升析氧性能。
饶鹏表示，该催化剂可在较低槽电压下实现高效稳定的电解水制氢性能。这一成果为制造稳定且高活性的钌氧化物基析氧反应催化剂奠定了基础，将有助于降低电解水制氢成本，并推动质子交换膜电解水技术的商业化进程。
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