金屬有機框架電極規模化制備及電解水應用研究取得進展

　　氫氣作為一種重要的化學能源載體，憑借高能量密度、零碳排放及高轉化效率等優勢，被視為最具發展潛力的清潔能源之一。電解水制氫是實現“綠氫”經濟、推動能源清潔轉型的關鍵途徑，而開發高效、穩定且具備規模化應用前景的電解水催化劑是降低能耗與成本、突破產業化瓶頸的關鍵技術核心。

　　近日，中國科學院國家納米科學中心研究員趙慎龍團隊在金屬有機框架（MOFs）電極規模化制備及電解水應用方面取得突破。研究人員通過室溫電沉積規模化制備工藝，實現了分鐘級快速合成400cm2大尺寸MOFs電極，并將其應用于堿性電解水體系。該電極展現出低至4.11kWh Nm?3 H2的電解能耗，且能夠實現長達5000小時的穩定運行。實驗表明，該MOFs電極的優異性能源于鈰（Ce）摻雜構建的雙金屬結構賦予的獨特理化性質，即Ce的引入可通過3d-2p-4f軌道相互作用調控Co的電子結構，從而增強對關鍵含氧中間體的化學吸附，并顯著加速陽極氧析出反應動力學。與傳統無機催化劑在高活性與規模化制備難以兼顧的局限不同，CoCe-MOFs電極通過電子結構調控與快速規模化制備策略，實現了效率、穩定性及成本的協同突破。

　　該研究通過多維度先進表征與理論計算，揭示了金屬摻雜對電子結構、反應路徑及催化性能的分子級調控機制，并構建了從材料微結構設計到宏觀規模化制備的理論橋梁，為MOFs電催化劑實際應用提供了理論支撐。下一步，研究人員將持續探索催化劑工程化放大研究，進一步優化制備工藝與器件集成方案，推動其在大規模綠氫生產中的實際應用。

　　相關研究成果以Scalable metal?organic framework?based electrodes for efficient alkaline water electrolysis為題，發表在《自然?化學工程》（Nature Chemical Engineering）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會等的支持。