Science：鎢酸鈷捕獲水-氫氧化物用于質子交換膜水電解

一、 【科學背景】??

析氧反應(OER)在一系列清潔能源儲存和轉化過程（電解水金屬空氣電池）中起著關鍵作用。這種四電子氧化反應需要連續的中間價態變化步驟，這使得催化循環的動力學變得十分復雜，并表現出緩慢的整體催化動力學。在質子交換膜水電解（PEMWE）中，貴金屬通常是該反應穩定催化所必需的。由此產生的催化劑實現了較低的過電勢，在2伏電壓下電流密度為1.8安培/平方厘米，并且在工業條件（80°C）、1.77伏電壓下在PEMWE系統中穩定運行高達1安培/平方厘米；活動能力提高三倍；并在每平方厘米1安培的電流下穩定運行600小時。西班牙巴塞羅那科技學院F. Pelayo García de Arquer團隊報道了氫氧化水在鎢酸鈷中捕獲用于質子交換膜電解，相關研究成果以 “Water-hydroxide trapping in cobalt tungstate for proton exchange membrane water electrolysis”為題目發表在國際頂級期刊Science上。

二、【科學貢獻】

圖1 水-氫氧化物捕集使PEMWE具有活性和穩定性。? 2024 Science

圖2 水的捕集和氫氧化物的橋聯。? 2024 Science

圖3 OER機理—表征和DFT研究。? 2024 Science

圖4 安培級的電化學性能和穩定的PEMWE。? 2024 Science

三、【 創新點】?

1．通過剝離鈷鎢酸鹽，實現了在酸性環境中穩定氧化物和水-氫氧根網絡的缺陷晶格，從而顯著提高了催化劑的活性和耐久性。

2.在這項工作中，鎢酸鈷的分層通過穩定酸中晶格缺陷的氧化物和水-氫氧化物網絡來實現高活性和耐久性。

四、【 科學啟迪】

本研究針對質子交換膜水電解（PEMWE）中析氧反應（OER）的瓶頸問題，提出了一種新型的鎢酸鈷（CoWO₄）催化劑。通過層間剝離和水-氫氧根離子交換策略，該催化劑實現了高活性和耐久性，在酸性條件下具有較低的過電位，能夠在1.77 V下穩定運行高達600 h，活性較以往非貴金屬催化劑增長三倍。研究通過多種技術手段揭示了催化劑的穩定性和活性機制，為非貴金屬催化劑在能源轉換和存儲領域的應用提供了新的可能性。未來研究將集中在催化劑溶解動力學、開發全地球豐度金屬的PEMWE催化劑以及可回收系統。

原文詳情：hitps://www science org/doi/10 1126/science adk9849