中国科学院近日传来好消息，国家纳米科学中心赵慎龙研究员的团队在电解水制氢领域取得了重要进展。他们成功研发出一种新型金属有机框架（MOFs）电极，这一创新成果已在《自然−化学工程》期刊上发表。
氢气，作为一种前景广阔的清洁能源，因其高能量密度、零碳排放及高效的能量转化特性而备受瞩目。电解水制氢是实现绿色氢能经济、推动能源结构转型的关键步骤。然而，高效、稳定且易于大规模生产的电解水催化剂一直是制约氢能产业化的技术瓶颈。
赵慎龙团队的研究聚焦于MOFs电极的规模化制备及其在碱性电解水体系中的应用。他们通过室温电沉积技术，实现了快速合成大面积（400平方厘米）MOFs电极，这一制备过程仅需几分钟。更重要的是，这种电极在电解水过程中表现出色，能耗低至4.11千瓦时每标准立方米氢气，并能稳定运行超过5000小时。
研究发现，MOFs电极的卓越性能得益于铈（Ce）掺杂构建的双金属结构。这种结构通过3d-2p-4f轨道相互作用调控了钴（Co）的电子结构，从而增强了对关键含氧中间体的化学吸附能力，并显著加速了阳极氧析出反应。这一发现打破了传统无机催化剂在高活性与规模化制备之间的矛盾。
为了进一步揭示MOFs电极的性能提升机制，研究人员采用了多维度先进表征与理论计算相结合的方法。他们深入探讨了金属掺杂对电子结构、反应路径及催化性能的分子级影响，为MOFs电催化剂的实际应用提供了坚实的理论基础。
赵慎龙团队还成功构建了从材料微结构设计到宏观规模化制备的理论桥梁。这一成果不仅为MOFs电极的规模化应用提供了新思路，也为氢能产业的未来发展注入了新的活力。
