成果简介

利用高性能电催化剂分解水制氢/制氧是可持续清洁能源体系发展的一个重要研究方向。迄今为止，贵金属Pt和RuO₂/IrO₂是性能最优异的HER和OER催化材料，但高成本和低储量限制了广泛应用。因此，开发一种储量丰富、催化活性高、稳定性好的非贵金属电解水材料成为近年的研究热点。我们研究团队通过矿石浮选实现了镍矿的原位提纯，使与催化活性密切相关的过电位降低至48 mV，塔菲尔斜率低至43 mV·dec^-1，循环稳定性达到100小时。随后，我们通过球磨降低了镍黄铁矿的粒径，实现了非晶化高导电性载体的构建，从而实现了低铂含量单原子和团簇的高效分散，最终达到协同提高电催化析氢活性的优异效果。在0.5 M H₂SO₄、1 M KOH和1 M PBS中，分别只需要30、65和98 mV的过电位就可以达到10 mA cm^-2的电流密度，优于大多数报道的HER催化剂。

研究团队

材料科学与工程学院田宏伟教授团队

应用领域及市场前景

氢能是有望替代传统化石燃料的可再生清洁能源。其中，通过电化学析氢反应（HER）制备“绿氢”是实现氢能社会的最佳策略之一。由于贵金属铂独特的电子结构，铂和铂基材料是目前唯一商用的电制“绿氢”催化剂；然而，贵金属铂昂贵的价格和地壳中稀有的储量限制了其大规模商业化应用。未来氢能社会对于氢气的大量需求使得必须降低电制“绿氢”催化剂的成本，同时提升其催化活性和稳定性。对催化剂进行电子结构优化，能够提高材料的本征性能。在碱性电解槽（ALK）、质子交换膜电解槽（PEM）、离子交换膜电解槽（AEM）和固态氧化物电解槽（SOEC）等多种电解水制氢路线中，碱性电解槽凭借其技术相对成熟、结构简单、安全稳定和成本相对低廉的优势脱颖而出，成为当下电解水制氢的主流路线。但目前制氢行业竞争最为激烈的领域也集中在碱性电解槽领域。伴随绿氢产业对电解水制氢设备需求的提升，入局者日渐增多。不同背景的公司竞相布局碱性电解水制氢设备业务，业界不断传出电解槽新产品发布的信息，让整个市场竞争愈发激烈。

合作方式

技术转让、技术许可、合作研发、技术作价入股