东北大学利用ACS Catalysis期刊发表的论文提出了一种辅助驱动策略,显著提高了碱性条件下的析氢反应(HER)效率。他们把钌(Ru)和二氧化钒(VO₂)结合,形成了一个界面结构,从而动态调控活性位点的电子特性。这一策略把Volmer步与Heyrovsky步协调起来,不仅加速了水分子解离,还通过可逆的氢溢流现象调整了氢的吸附行为,让反应更接近理论最优状态。在东北大学先进材料研究所副教授张一舟的领导下,研究团队把实验数据和计算结果上传到Hao Li Lab开发的数字催化平台。他们还把这种新型催化剂给应用到实际运行的AEMWE装置中进行评估,通过DRT分析验证了实验室中观察到的动力学提升可以转化为器件层面的性能优势。 在测试条件下,这个新催化剂比传统的Ru/C和Pt/C催化剂表现更好。当电流密度达到10mA·cm⁻²时,过电位仅为12mV,周转频率(TOF)更是高达12.2s⁻¹,表明它能以较低能量损耗实现高效制氢。这次研究成果被视为实现实用化绿色制氢的重要一步,因为提高水电解制氢的效率一直是个科学难题。研究人员通过这种辅助驱动概念协调多个反应步骤,而不是分别优化它们。他们给了这种策略一个应用前景:它有可能被推广到其他催化体系中。这个新的设计能给钢铁生产、化工制造、航运以及大规模储能等领域带来更便宜的绿色氢气。 东北大学把提升水电解制氢效率视为一个重要目标。虽然从水中制备清洁氢气常被比作把可再生能源以化学形式储存起来,但实现这一过程的效率提升仍然是个难题。许多现有催化剂只能改善一个步骤。研究团队给这两个步骤同时加速了速度:水解离和氢气生成。由于任何一个步骤变慢都会拖累整体性能,许多现有催化剂只能改善其中一个环节而导致整体输出下降。