材料领域国际顶刊《Advanced Functional Materials》报道我院沈晓冬、崔升教授和吴晓栋副教授团队关于气凝胶电催化材料最新研究成果

近日，我院沈晓冬教授、崔升教授和吴晓栋副教授团队在气凝胶电催化材料应用于电解海水制氢领域域取得显著进展，相关研究成果以“Dual Anti-Corrosion Mechanisms Enabled by Lewis Acid andModification for Alkaline Seawater Electrolysis withNi/Cr₂O₃Anchored on P-RuO₂Fibrous Aerogel”为题发表在《AdvancedFunctionalMaterials》期刊上。论文通讯作者为沈晓冬教授、崔升教授和吴晓栋副教授，第一作者为卢嘉欣博士。

可再生能源电解水制氢是替代化石能源的关键途径，阴离子交换膜海水电解（AEMSE）制氢技术利用丰富的海水资源，兼具低成本与可再生能源适配优势。然而海水中高浓度Cl⁻易引发析氯副反应并腐蚀催化剂，开发高活性、高选择性、抗腐蚀的催化剂是实现该技术实用化的核心。

本研究开发了一种由金属Ni与Cr₂O₃纳米颗粒锚定的P掺杂RuO₂纤维气凝胶，其具有分级孔结构，显著促进反应中间体扩散，并充分暴露催化活性位点。在碱性海水中表现出优异的双功能电催化性能，OER与HER过电位低至为220/27mV@10mA·cm^-2。将其组装至AEMSE装置中，在2.0V电压下实现1.5A·cm^-2的高电流密度，且稳定运行500小时。

研究表明多金属协同效应促使电子从Ni/Cr₂O₃向Ru转移，且Ru位点存在不饱和配位。同时，催化剂表面原位形成，通过静电排斥作用抵御Cl⁻侵蚀，增强耐腐蚀性。由密度泛函理论计算揭示Ru与*OOH之间存在强键合效应，增强对中间体的吸附并加速OER动力学。此外，表面高度分散的Cr₂O₃纳米颗粒有效抑制RuO₂在高阳极电位下的过度氧化和失活。团队设计出双重抗腐蚀机制协同增强催化活性和抗腐蚀能力，克服在高盐海水环境中催化稳定性差的瓶颈，为实现工业级电流密度下高效稳定海水电解提供了可行方案。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.75248

图1 (a) 制备过程示意图，(b)XRD图谱，(c) XRD图谱的Rietveld精修，(d)氮气吸附-脱附等温线，(e)P-RuO₂纤维，(f) Ni@P-RuO₂气凝胶，(g) Ni/Cr₂O₃@P-RuO₂气凝胶的SEM图像，(h) HRTEM图像，(i) SAED图像，和(j) EDS mapping图像。

图2所得样品的高分辨XPS谱图：(a) Ru 3p，(b) O 1s，和(c) Cr 2p；(d) Ru K-edge XANES谱图，(e) R空间Ru K-edge FT-EXAFS谱图，(f) Ru箔、RuO₂、Ni/Cr₂O₃@P-RuO₂气凝胶和P-RuO₂纤维的WT-EXAFS等高线图，(g) Ru K-edge的R空间拟合，(h) Cr K-edge XANES谱图，和(i) Cr箔、Cr₂O₃和Ni/Cr₂O₃@P-RuO₂气凝胶的FT-EXAFS谱图。

图3(a)Ni/Cr₂O₃@P-RuO₂在OER过程中的原位拉曼光谱，(b) TOF-SIMS谱图，(c)*OOH吸附在Ni/Cr₂O₃@P-RuO₂模型上的差分电荷密度（黄色代表得电子，绿色代表失电子；白色、红色、蓝色、绿色、紫色、黄色和灰色原子分别代表H、O、Ru、Ni、Cr、P和Cl原子），(d)OER基元步骤的吉布斯自由能曲线，(e) Ru与*OOH之间的COOP图，(f) *Cl吸附自由能；(g)COOP值，和(h) Ru位点与Cl⁻之间的COOP值。