苏州大学沈明荣课题组ChemSusChem综述：Ni基材料助力工业碱性产氢

催化计

2025-04-16

论文简介

氢能被认为是一种绿色的能源载体，能有效缓解能源短缺和环境污染等问题。目前可再生能源驱动的碱性电解水是一种主流的绿氢制备技术。然而缓慢的析氢反应（HER）动力学以及催化电极较差的稳定性使其很难满足工业应用的需求。Ni基材料由于其低成本以及优异的抗腐蚀特性，在碱性电解水领域受到广泛的关注。但是由于基础研究和工业应用之间显著的差异，使得这些催化电极并没有广泛应用于工业碱性电解槽中。

基于此，苏州大学沈明荣教授团队和考克利尔氢能Pierre-Yves Olu系统综述了Ni基材料在工业碱性电解水产氢中的研究进展，着重介绍了Ni基HER催化剂的性能评估体系、性能提升策略（主要包括形貌工程、掺杂、合金化、异质结构筑以及空位构筑等策略）、稳定性提升策略（聚焦于催化电极的结构稳定性以及催化剂的本征稳定性）以及目前工业应用主要关注的问题（包括电极的大规模制备策略、电解槽启停过程中的反向电流以及电解质中存在的杂质离子）。最后作者总结了该领域面临的挑战并进行展望。例如，电极设计应结合深层次的反应机理；结合一些原位表征，关注Ni基HER电极在反应过程中的动态变化，着重提升其稳定性；设计适应可再生能源波动的HER电极材料，降低反向电流对催化电极性能和稳定性的影响；从工业应用的角度，探索可大规模生产的电极制备策略；深入剖析杂质离子（如Fe离子）对HER性能的影响（如制备能抵御Fe离子沉积的催化电极或者优化电解槽设计，减少系统中Fe离子浓度等） 。

图 Ni基HER催化剂性能和稳定性的提升策略及其在工业碱性水中的焦点问题

期刊简介

《ChemSusChem》发表以化学为核心、在可持续性研究各个领域具有影响力的科研成果，包括绿色合成与化学、能源储存与转化以及材料升级回收等方向。该期刊涵盖范围广泛，涉及可再生能源与材料、碳捕获与转化、氢能、环境化学、可持续催化以及绿色化学的所有方面。