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镍基催化剂推进绿色氢经济! 发表时间：2025-01-04 来源：下属企业

在可再次出产的动力的推进下，绿色氢气的出产成为了研讨的热门，特别是经过水电解法进行氢气的制备。水电解技能主要有三种类型：质子交流膜（PEM）水电解、液体碱性水电解（AWE）和阴离子交流膜（AEM）水电解（AEMWE）。比较于PEMWE技能，其高电流密度和负载灵活性使其成为前期商场的干流。但是，PEMWE需求稀缺的贵金属催化剂和全氟化膜，这导致其在大规模运用中的资料本钱高且不行猜测。此外，AWE尽管运用低本钱资料，但电流和功率密度有限，使其在快速发动和封闭时受到限制。因而，规划高功能的、无铱的AEMWE电池以战胜这些应战，成为了研讨的重要方向。

为此，柏林工业大学M. Klingenhof, P. Strasser，亥姆霍兹柏林资料与动力中心H. Trzesniowski等团队选用镍基层状双氢氧化物（LDH）作为催化剂的AEMWE电池已显现出在电流密度和电池电压方面挨近最先进的PEMWE电池的潜力。这些研讨标明，经过优化催化剂规划和膜电极组件的制备办法，能够明显提高AEMWE的功能。详细而言，选用无铱的NiFe LDH催化剂，结合立异的催化剂涂层膜制备办法，成功完成了电流密度超越5 A cm−2，电池电压低于2.2 V。这一研讨成果不只推进了AEMWE技能的开展，还为大规模绿色氢气的出产供给了新的解决方案。

表征解读】本文经过一系列先进的表征手法提醒了无铱（Ir-free）碱性阴极膜水电解（AEMWE）电池的优异功能及其微观机制。研讨中选用了 operando X 射线吸收光谱（XAS）和密度泛函理论（DFT）核算等手法，深化探讨了镍铁层状双氢氧化物（NiFe LDH）催化剂的分子特性。这些表征技能的结合，使得咱们也能够更明晰地了解催化剂在氧气演化反响（OER）进程中的反响活性。

详细而言，本文针对NiFe LDH催化剂的催化活性与稳定性，经过 XAS 技能观察到在OER相关电位下，529 eV处的XAS O K谱特征与催化活性γ-LDH相的构成存在密切联系。这一发现打破了传统观念，即以为该谱特征是催化活性中间体掩盖程度的直接丈量。相反，咱们的研讨标明，这一谱特征更多地反映了催化相的构成程度，然后提醒了NiFe LDH在电池反响进程中的实在催化机理。

此外，经过DFT核算，咱们深化探讨了NiFe LDH中相关氧配体的化学和结构特征，发现Ni4+的存在并不是在催化电位下仅有的活性特征，反而与529 eV处的谱特征之间有着强耦合联系。这标明，在氧气演化进程中，存在着额定的动力学妨碍，影响着反响的进行。这些微观机理的深化了解，为催化剂的规划与优化供给了新的理论依据。

总归，本文经过结合 operando XAS 和 DFT 核算等多种表征手法，深化剖析了NiFe LDH催化剂在OER中的反响机制，提醒了其催化功能的潜在来历。经过对催化剂特性的归纳剖析，研讨人员成功制备了具有优胜功能的AEMWE电池，这一立异推进了氢气出产技能的前进，标明无铱和无氟的AEMWE电池在未来的电解水范畴中具有宽广的运用远景。

图1: NiX层状双氢氧化物layered double hydroxide，LDH电催化剂的析氧反响oxygen evolution reaction，OER活性。

图4: NiFe层状双氢氧化物LDH 催化剂涂覆膜catalyst-coated membrane，CCMs的阴离子交流膜电解水anion-exchange membrane water electrolysis，AEMWE单细胞丈量。

科学启迪】本文的研讨展现了无铱（Ir-free）碱性阴极水电解（AEMWE）电池在极化特性和氢气出产能力方面挨近当时最先进的酸性质子交流膜水电解（PEMWE）电池的功能，标明在电解水范畴完成高效且本钱更低的氢气出产是可行的。研讨中选用的可扩展涂布工艺和先进的镍铁层状双氢氧化物（NiFe LDH）催化剂的分子特性，为电池的高效功能供给了要害支撑。此外，研讨提醒了催化反响进程中氧的活化和催化剂电子结构之间的复杂联系，应战了传统观念，强调了经过原位试验与理论核算相结合来深化了解催化剂功能的重要性。这一发现不只为铱和氟催化剂的开发供给了新的思路，也为未来高效电解水催化剂的规划供给了重要的理论基础。经过进一步探究电催化剂的电子与结构特性之间的相关，研讨者能够推进高效催化剂的研制，然后加快清洁氢能的商业化运用。