中國石油大學（華東）：氫能制備領域研究取得系列進展！

綠色氫能是國家“雙碳”戰略和“十四五”可再生能源發展規劃的重要發展方向，也是山東省實施新舊動能轉換、建設綠色低碳高質量發展先行區行動規劃的重點發展領域。同時，中石油、中石化、中海油等大型能源公司也相繼將電解水制綠氫及氫能相關應用作為未來核心儲備技術。近日，中國石油大學（華東）綠色能源化工團隊在氫能領域電解水陽極析氧（OER）催化劑研究方面取得一系列新進展，相關研究成果發表在Advanced Materials、Applied Catalysis B: Environmental、Chemical Engineering Journal和Nano Research等國際知名化學化工及能源類期刊，中國石油大學（華東）均為唯一署名單位和通訊單位。該系列工作緊密圍繞國家清潔能源轉型的重大戰略需求，針對規模化制綠氫陽極催化劑開發中的關鍵科學及技術問題開展前瞻性研究，為高效電解水制氫催化劑的設計調控、推進規模化綠氫制備技術的發展做出了積極貢獻。

題為《高施加電位助力Co物種在MnO2表面穩定沉積及其酸性水氧化研究》（High Voltage Enabled Stable Cobalt Species Deposition on MnO2for Water Oxidation in Acid）的成果發表在國際能源材料頂級期刊Advanced Materials（T0，一區TOP）上，化學化工學院2018級直博生張鑫宇為本文第一作者，董斌副教授和柴永明教授為共同通訊作者。

質子交換膜（PEM）電解槽是最具商業化前景的可再生能源電解水產氫裝置。但PEM的酸性運行環境使得銥基等貴金屬仍舊是陽極（OER）催化劑的主要選擇，其儲量和價格，卻嚴重阻礙了PEM電解槽應用推廣。鑒于此，團隊創新性提出了高施加電位與電解液調制相結合的策略，有效實現了豐富的Co物種在MnO2載體表面的沉積，表現出顯著提高的酸性OER活性(提升6.9倍)和穩定性(提升46.4倍)。該工作提出的利用Pourbaix圖中施加電位與活性元素穩定相的協同因素，為設計酸性介質高穩定電催化劑提供了全新視角。

題為《室溫電活化構筑S摻雜NiFe氫氧化物用于高效析氫》（S-dopednickel-iron hydroxidessynthesized byroom-temperatureelectrochemical activation forefficient oxygenevolution）的成果發表在國際知名化學催化期刊Applied Catalysis B: Environmental（T0，一區TOP）上，并入選ESI熱點論文和ESI高被引論文，化學化工學院2021級博士生周亞楠為本文第一作者，董斌副教授和柴永明教授為共同通訊作者。

NiFe氫氧化物因其優異活性、可調結構組成和堿性穩定性成為了最具潛力的過渡金屬基析氧催化劑。陰離子的精準引入被證實可以調節NiFe活性位點的電荷轉移，增強析氧本征活性，同時不破壞其結構穩定性。但如何實現是一個技術上的難點。團隊創新性地利用室溫吸附和原位電活化相結合的策略，溫和地實現了S定量摻雜NiFe氫氧化物的有效構筑。所得催化劑不僅獲得了S的高密度均勻摻雜，而且保持了NiFe氫氧化物的形貌結構，提升了活性，保持了高穩定性。同時，相關析氧催化機理也被系統討論。該工作發表后獲得國內外同行關注，相繼入選ESI熱點論文和ESI高被引論文。

題為《動態陰離子調節策略構建S摻雜FeOOH實現大電流密度高效析氧》（Dynamic Anion Regulation to Construct S-doped FeOOH Realizing 1000 mA cm-2?Level-Current-Density Oxygen Evolution over 1000 h）的成果發表在國際知名催化期刊Applied Catalysis B: Environmental（T0，一區TOP）上，化學化工學院2018級直博生張鑫宇為本文第一作者，董斌副教授和柴永明教授為共同通訊作者。

高效析氧電催化劑對于電解水技術的工業化推廣至關重要。盡管目前在研發高性能析氧催化劑方面取得了豐碩成果，但仍然缺乏大電流(> 1000 mA cm-2)下穩定運行的析氧催化劑的相關研究。鐵基（氧）氫氧化物表現出較高OER本征活性，但純FeOOH導電性較差，速控步驟(由M-O到M-OOH)反應能壘高，性能提升受限。鑒于此，團隊創新性地提出了電解液中動態陰離子調控的策略，研究了一系列陰離子對FeOOH的影響并成功實現了S對FeOOH析氧性能的規律性調控。通過對電解液中離子種類和濃度的優化，使所制備的0.01 S-FeOOH+1000/IF催化劑在1000 mA cm-2的高電流密度下表現出更高的反應活性和超長的穩定性。

題為《定向動態平衡持續調控析氧反應電催化界面》（Directional Regulating Dynamic Equilibrium to Continuously UpdateElectrocatalytic Interface for Oxygen Evolution Reaction）的成果發表在國際知名化工期刊Chemical Engineering Journal（T0，一區TOP）上，并入選ESI高被引論文，化學化工學院2021級博士生范若瑤為本文第一作者，董斌副教授為通訊作者。

構建穩定的鐵基析氧微觀催化界面是非均相催化水分解制氫的關鍵步驟。然而，實際工業應用中，對微觀析氧界面的定向、動態調控是一個很大挑戰。基于此，團隊發現同時利用界面的FeOOH轉化平衡和Fe*吸附-溶解平衡可以有效實現析氧催化界面的動態更新和精準調控。可以通過平衡反應的定量屬性，改變堿性電解質中Fe3+濃度來實現精準調控。最終，利用原位電化學活化和催化平衡的定向調控，合成了高活性、長期穩定、具有工業應用潛力的FeOOH-Ni基析氧催化劑。

題為《FeS納米片和Co9S8顆粒耦合構筑0D-2D肖特基異質結用于工業級水氧化》（0D-2D Schottky Heterostructure Coupling of FeS Nanosheets andCo9S8Nanoparticles for Long-Term Industrial-Level Water Oxidation）的成果發表在國際知名、國產領軍期刊Nano Research（T0，一區TOP）上，化學化工學院2020級博士生劉海君為本文第一作者，董斌副教授和柴永明教授為共同通訊作者。

異質結構電催化劑的有效電子和界面耦合是調節析氧反應催化劑的本征活性和穩定性的關鍵。基于此，團隊創新性的制備了FeS-Co9S8肖特基異質結構電催化劑，在工業級的高電流密度下表現出高活性和長穩定性。2DFeS納米片與其表面分散良好的0DCo9S8納米顆粒之間的強電子耦合，加速了電子從FeS納米片中的Fe原子流向四面體位置的Co原子，從而導致異質結構的結構完整以及暴露更多的活性位點。本工作證明了構造肖特基異質結構并使其具有強耦合效應的界面，是獲得優異電催化析氧性能的良好策略。

綠色能源化工團隊是“重質油國家重點實驗室”和“CNPC催化重點實驗室”的重要組成部分。團隊始終圍繞催化加氫、催化制氫、綠色氫能制取與高端利用的基礎與應用研究開展工作，服務國家“雙碳”戰略、服務山東省新舊動能轉換、面向我國清潔能源結構轉型和綠色高端化工的可持續高質量發展。團隊研發了系列高性能過渡金屬基催化材料和催化劑成功用于加氫/制氫領域的各個環節，研究成果在新能源、高端化工、綠色環保等領域實現了中試及工業化應用，取得了顯著的經濟和社會效益。近5年，綠色能源化工團隊承擔國家自然科學基金重點項目（1項）、國家自然科學基金面上項目（6項）、山東省重大科技創新工程項目（1項）、山東省自然科學基金重大基礎研究項目（1項）、中國石油重大科技專項（4項）、技術轉化重大項目等課題30余項，發表SCI論文130余篇，撰寫著作2部，授權發明專利50余項，獲省部級科技獎勵2項。