化学与化工学院李晋平教授科研团队刘光教授课题组在《自然·通讯》发表绿氢制备催化研究重要成果

近日，我校化学与化工学院李晋平教授科研团队刘光教授课题组在绿氢制备领域取得重要研究进展，研究成果以"Hydrogen bond mediated oxidation enables sustained oxygen evolution at industrial current densities"（氢键介导氧化机制实现工业电流密度下的持续析氧）为题，发表在国际顶级学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。我校为论文第一单位，2022级博士研究生张议洁为第一作者，Kaiyun官方网站登录入口李晋平教授、刘光教授和天津大学韩晓鹏教授为论文通讯作者。

图1. AEMWE阳极OER的挑战和HMOM机制的提出

绿氢被视为未来清洁能源的关键，但目前主流技术中，阳极催化剂一直面临“活性越高、寿命越短”的矛盾——传统方法虽然能加速产氧，却会让催化剂自身的晶格氧不断流失，导致结构崩坏，尤其在大电流工业场景下性能急剧下降（图1）。研究团队另辟蹊径，通过在催化剂中掺入硒元素，并在表面修饰一层硼酸根离子，打造出一种“双阴离子协同”的新型催化剂。硒的作用是精准激活晶格氧，让它参与反应但不至于失控；硼酸根则在催化剂表面搭建起一张密集的氢键网络，像高速公路一样快速输送反应所需的质子和氢氧根离子，同时源源不断地补充被消耗的晶格氧，使消耗与再生达成动态平衡。这样一来，催化剂既能保持高活性，又不会因氧空位堆积而损坏。

图2. 电催化与AEMWE器件性能

实测数据显示（图2），这种新型催化剂在实验室条件下过电位极低，在工业级1安培每平方厘米的大电流下过电位仅282毫伏。用它组装的电解槽在70℃下连续稳定运行超过3400小时，制氢成本约每公斤2.28美元，已优于欧盟2030年的产业化目标。即使将电极面积放大，依然能稳定工作，具备实际工程应用的潜力。机理研究表明，这种“氢键介导氧化机制”与传统路径截然不同——它不靠两个晶格氧直接配对来产氧，而是借助氢键网络巧妙传递质子，关键步骤的能量壁垒比传统方法降低了77%，因此既高效又耐用。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-76946-x。