中科院团队研发高效MOFs电极，推动绿色制氢技术突破

近日，中国科学院下属国家纳米科学中心的赵慎龙团队在金属有机框架（MOFs）电极的规模化制备及其在电解水应用方面取得了重要进展。该研究成果已于8月19日发表于国际期刊自然?化学工程。

氢气因具有高能量密度、零碳排放和高转化效率等特点，被视为未来最有前景的清洁能源之一。电解水制氢是实现绿色氢能经济、推动能源结构清洁转型的关键路径。开发高效、稳定且适用于大规模应用的电解水催化剂，是降低能耗和生产成本、突破产业化瓶颈的核心技术。

此次研究中，科研人员采用一种可在室温下进行的电沉积工艺，实现了快速合成大面积MOFs电极。仅需数分钟，即可制备出尺寸达400平方厘米的电极材料，并成功应用于碱性电解水系统。实验结果显示，该电极在运行过程中表现出优异的性能，电解能耗低至每标准立方米氢气仅需4.11千瓦时电能，且在5000小时连续运行中保持稳定。

研究进一步揭示，该MOFs电极优异性能的来源在于铈（Ce）元素的引入所构建的双金属结构。通过Ce的3d-2p-4f轨道与Co之间的电子相互作用，调控了钴的电子结构，从而增强其对关键含氧中间体的化学吸附能力，显著加快了阳极氧析出反应的动力学过程。

相较于传统无机催化剂在高活性与规模化制备之间难以兼顾的问题，CoCe-MOFs电极通过精确的电子结构调控和高效的制备方法，在催化效率、稳定性以及制造成本之间实现了协同优化。

本研究综合运用多种先进材料表征技术和理论模拟手段，系统解析了金属掺杂对电子结构、反应路径和催化性能的分子级别调控机制，构建了从微观材料设计到宏观规模化制备的理论框架，为MOFs电催化剂的实际应用提供了坚实的理论基础。

未来，研究团队将继续开展催化剂的工程化放大工作，进一步优化材料的制备流程和器件集成方案，推动该技术在大规模绿色制氢中的实际应用。