鎳泡沫負載催化劑研究取得新進展

近日，安徽理工大學力學與光電物理學院2022級光電系統與控制專業碩士研究生肖誠志、2023級光電系統與控制專業碩士研究生洪銅洲以共同第一作者身份在《應用催化B：環境與能源》發表論文，探討了鎳泡沫負載納米結構電催化劑的研究進展及其展望。

泡沫鎳基電催化劑材料設計示意圖 安徽理工大學供圖

在當前商業電解水領域，鉑、銥、釕等貴金屬催化劑因其在析氫（HER）和析氧（OER）反應中的高效催化活性而得到廣泛應用。盡管如此，它們昂貴的價格在很大程度上限制了催化劑在大規模應用中的可行性。這一挑戰激發了科研人員尋求經濟實用的非貴金屬催化劑，以利用地殼豐富的非貴金屬元素資源降低成本，同時保持或超越現有催化性能。

“已有研究表明，包括過渡金屬氧化物、硫化物、磷化物、層狀雙氫氧化物、硒化物及氮化物等多種非貴金屬材料在OER和HER領域表現出了良好的催化活性。然而，這些材料的過電位通常高于貴金屬催化劑，并且提升其長期穩定性是研究的瓶頸。因此，發展具有低成本、高效率、卓越活性及持久穩定性的新型電催化劑材料，對推進水分解技術的高效性和經濟性具有重要的戰略意義。” 肖誠志向《中國科學報》介紹。

開發高效、穩定且成本效益高的催化劑，是推動水分解技術長期發展的核心。鎳泡沫基底生長催化劑，被認為是提升堿性環境下HER活性的有效方法。

此次研究中，肖誠志等總結了鎳泡沫基底電催化劑在堿性條件下的最新研究進展，不僅概述其堿性HER反應機理和評估電催化劑性能指標，而且突出其結構設計、電極制備過程及其催化性能的系統性研究。涉及的鎳泡沫基底電催化材料涵蓋硫化物、層狀雙氫氧化物、硒化物、磷化物、氮化物、氧化物及合金等。最后，對鎳泡沫基電催化劑的未來發展挑戰與展望進行了深入探討。

“該論文重點在于總結泡沫鎳基電催化劑在結構設計、可控合成、性能優化及催化機制方面的前沿成就，旨在助力高性能自支撐電極的選擇與制備，加速水電解技術的商業化與規模化進程。”洪銅洲說。

審稿人認為：作者回顧了在結構設計、控制合成、性能優化和催化機制以及泡沫鎳基催化劑電解水制氫的最新進展。這項工作在電解水和相關領域具有價值，對讀者獲得經驗很有幫助。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124197