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华中科技大学李箐教授团队突破高性能电解水制氢技术

2025-03-28 15:50:36 来源：华中科技大学

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简介：李箐教授团队采用了一种创新的电化学锂化策略，将锂嵌入直径小于2纳米的Ru-Sn合金纳米线中。通过精确调控锂离子电池组装过程中的电压和电流密度，实现了锂含量的精准控制。在电化学测试过程中，纳米线中的锂部分溶解，进一步提升了析氢反应性能。

华中科技大学材料学院李箐教授的研究团队在电解水制氢领域取得了显著的科研成果。近日，《美国化学会志》在线发表了他们的研究成果，题为“锂化调控Ru-Sn纳米线活性氢供给，推动高性能阴离子交换膜电解槽的析氢反应”。该研究的首要完成单位是华中科技大学材料学院及其所属的材料成形与模具技术全国重点实验室，李箐教授担任唯一通讯作者，团队成员博士生毛佳伦为第一作者，黄云辉教授等人对数据分析提供了关键支持。

氢能被视为解决能源和环境问题的关键途径，而水电解制氢则是实现其商业化的重要一环。阴离子交换膜水电解技术因其成本优势，在工业规模下具有显著的应用潜力。然而，该技术面临的一个主要挑战是阴极氢析出反应中的活性氢供应不足，这限制了商业催化剂的性能。

为解决这一问题，李箐教授团队采用了一种创新的电化学锂化策略，将锂嵌入直径小于2纳米的Ru-Sn合金纳米线中。通过精确调控锂离子电池组装过程中的电压和电流密度，实现了锂含量的精准控制。在电化学测试过程中，纳米线中的锂部分溶解，进一步提升了析氢反应性能。

研究团队利用原位拉曼光谱和原位X射线吸收光谱，深入探究了电化学过程中电极结构及界面水分构型的动态变化。理论计算结果显示，锂的嵌入显著降低了Ru-Sn纳米线的水解离能垒，而溶解的Li+则通过增加界面水分子密度和提升氢键网络的连通性，促进了活性氢的供应。

实验结果显示，锂化的Ru-Sn纳米线在电流密度为300 mA cm-2时，过电位仅为130mV，并在稳定性测试中表现出色。以此催化剂为阴极的阴离子交换膜水电解槽，在1 A cm-2的工业级大电流密度下，以较低的槽压稳定运行超过1000小时。这一成果表明，该锂化Ru-Sn纳米线是目前报道的性能最优异的碱性析氢反应催化剂之一。