氫氣是最清潔的能源之一

創(chuàng)新制氫技術(shù)有利于推動實現(xiàn)“雙碳”目標

近日

哈工程物理與光電工程學院陳玉金教授團隊

以基礎(chǔ)理論研究和原始創(chuàng)新

推動新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展

研發(fā)的一種新型制氫器件

為綠色制造氫燃料和高附加值化學品

提供了更為高效的方法

該研究成果以“調(diào)控金屬有機框架d帶中心實現(xiàn)高效甘油氧化耦合制氫”（ “Regulation of the d-band center of metal–organic frameworks for energy-saving hydrogen generation coupled with selective glycerol oxidation” ）為題發(fā)表在國際頂級學術(shù)期刊《美國科學院院報》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS)上，詳細闡述了催化劑電極的反應(yīng)路徑與催化機制，為甘油電化學氧化耦合制氫雙功能催化劑的深入研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。

論文的第一作者為哈工程物理與光電工程學院2020級博士研究生何玉倩，物理與光電工程學院青年教師閆峰為第一通訊作者，物理與光電工程學院陳玉金教授、材料科學與化學工程學院朱春玲教授和溫州大學侴術(shù)雷教授為共同通訊作者，哈爾濱工程大學為第一單位。

電解水制氫（陰極產(chǎn)氫氣，陽極產(chǎn)氧氣）屬于綠色制氫技術(shù)，但采用傳統(tǒng)技術(shù)陽極氧氣析出反應(yīng)效率緩慢，阻礙了該技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。哈工程科研團隊發(fā)現(xiàn)，若以甘油電化學氧化代替氧氣析出反應(yīng)制氫，不僅可以突破氧氣析出反應(yīng)緩慢的限制，而且可以生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品如甲酸鹽等。因此，開發(fā)一種性能優(yōu)異的甘油電化學氧化和氫析出反應(yīng)雙功能催化劑是實現(xiàn)高效電解制氫的關(guān)鍵。

在制備催化劑的過程中，陳玉金教授團隊逐一攻克了催化劑材料的活性易受多種因素影響、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，造成的催化劑電導(dǎo)率不高和活性不足等難題， 從材料結(jié)構(gòu)設(shè)計入手，制備了含有原子級分散的金屬摻雜納米陣列催化劑，使不同組分間的電子相互作用增強，顯著提高了催化劑的甘油電化學氧化和氫析出反應(yīng)活性。

經(jīng)過反復(fù)實驗，何玉倩在陳玉金教授、閆峰老師的指導(dǎo)下，成功制備出具有優(yōu)異電化學性能的催化劑。同時，該成果中催化劑的制備方法具有通用性，多種金屬采用該方法均可適用于甘油電氧化輔助制氫。該技術(shù)可以有效降低電能消耗，提升整體反應(yīng)速率，且可得到高附加值產(chǎn)品，為我國綠色氫能源的高效開發(fā)提供了一種嶄新的策略，為構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，助力實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”的戰(zhàn)略目標提供了技術(shù)支撐。

▲MCu-CAT的合成過程、微觀結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用示意圖

陳玉金教授團隊多年來面向綠色新能源領(lǐng)域，深耕基礎(chǔ)科研，在新能源納米材料構(gòu)建、性能評價及反應(yīng)機制等方面開展系統(tǒng)研究，取得一系列創(chuàng)新成果。

《美國科學院院報》是美國國家科學院的院刊，發(fā)表具有高水平的前沿研究報告、學術(shù)評論、學科回顧及前瞻、學術(shù)論文以及美國國家科學學會學術(shù)動態(tài)報道。PNAS自1914年創(chuàng)刊，已有百年歷史，也是公認的世界四大名刊（Nature，Science，PNAS，Cell）之一。