湖南师范大学氢能量子催化团队发表最新研究成果

近日，校定TOP期刊Advanced Materials在线发表了湖南师范大学物理与电子科学学院、低维量子结构与调控教育部重点实验室周海青、余芳、唐东升教授等人合作的学术论文“In situ regulating cobalt/iron oxide-oxyhydroxide exchange by dynamic iron incorporation for robust oxygen evolution at large current density”。湖南师范大学博士生李东阳为论文的第一作者，余芳、周海青教授为本论文的通讯作者，湖南师范大学为论文的第一及通讯单位。

该研究成果从电解水制氢的产业化应用角度出发，发展了低成本、实用性强的机械搅拌技术来可控合成羟基氧化铁与氢氧化钴的微米片阵列结构，借助表面铁位点的原位溶解和沉积来调控催化材料的活性组分，实现了钴铁基析氧催化剂在高电流密度500 mA/cm2下长时间持续运行超过150小时，展现出优异的稳定性，其析氧过电位只增加30毫伏左右，这为碱性电解水制氢技术的工业化提供了新思路。

在此基础上，团队创新催化机理解析思路，率先发展了以X射线光电子能谱为主、拉曼光谱为辅的原位谱学表征技术，实时监测到钴铁催化剂的动态结构重构行为，解析了铁元素在析氧活性物种演化过程中的主要影响机制，并采用密度泛函理论计算阐释了可能的析氧活性位点。

近年来，氢能的高效制取和利用吸引了国际社会的广泛关注，其中氢能的廉价、绿色制备仍然是一个挑战。

电解水制氢技术可以将大自然储量丰富的光伏、水电、风电等可再生电力转化为可储存、运输的氢能，无碳排放，对于我国碳达峰、碳中和目标的实现有重要价值。

目前，高活性的催化材料仍然以铂、钌等贵金属材料为主，但其昂贵的价格限制了规模应用。基于此，采用简单的宏量制备技术来可控合成低成本、高活性且在大电流高效、稳定的非贵金属析氧催化剂是当前电解水制氢技术走向产业化亟待攻克的科学难题之一。

针对这些问题，氢能量子催化团队专注于富铁电催化材料，致力于发展高性能的富铁异质结催化材料来解决镍或钴基材料在大电流的低催化活性和稳定性差的难题，在电解纯水/海水制氢领域取得了系列创新性研究成果：Nat. Commun.2018,9, 2551(ESI高被引);Energy Environ. Sci.2018,11, 2858(ESI高被引);ACS Nano2023,17, 1681(ESI高被引);Adv. Funct. Mater.2023,33, 2209465，授权美国、中国发明专利7项，获批企业横向课题1项。