近日，中国科学院院士孙立成教授及其团队宣布成功研发了一种新型电解水制氢催化剂，这一新催化剂测得的稳定性达到了令人瞩目的19100小时。据悉，该工艺颠覆了制备催化剂常规使用的均相溶液体系，他们在非均匀形核液相体系基础上，进行析氧反应电化学催化剂制备，首次通过“一步法”成功合成用于阴离子交换膜电解水制氢（AEM-WE）的新型催化电极材料 CAPist-L1。同时，这一新催化剂的组成和结构进行了全面的科学优化，采用先进的材料合成技术，使得催化剂在电解水过程中表现出显著的稳定性和活性。
孙立成教授介绍，此次研究纯属偶然。一次，团队成员在利用浸泡法制备镍铁基OER催化剂时，把乙醇（酒精）当作去离子水使用，结果发现在泡沫镍上长出来的催化剂OER性能非常不错。在电镜视角下，这一催化剂如同花朵般层层叠叠，因此被命名为“绣球花”。
基于“绣球花”良好的催化表现，研究团队随即从理论层面进行探索，进而不断完善优化制备方案，成功开发了一种基于非均匀形核液相体系的催化剂制备工艺。在机制研究方面，研究团队通过对CAPist-L1成分、结构和形貌等逐项分析，发现在催化层和金属基底之间存在一层致密过渡层。正是致密过渡层的存在，将催化层牢牢地锚定在金属基底上，提升了催化剂的活性和稳定性。
图丨新型催化剂 CAPist-L1，材料呈现多孔的透气结构
此前，AEM-WE技术受制于氧气析出反应，催化剂难以在大电流密度下维持太久，一直没有实现工业化。孙立成教授团队在这一材料上获得重大突破，成功合成可用于电解水制氢的非贵金属催化剂——CAPist-L1。这一新型催化材料浸在碱性水中，在安培级电流密度下稳定工作超过19000小时后，表面仍源源不断地产生气泡，尚无衰退的迹象，其催化效率和稳定性远优于已公开报道过的催化剂。相关成果近日发表于国际学术期刊《自然·催化》上。
图丨相关论文（来源：Nature Catalysis）
截至目前，其在 1000mA cm-2电流密度下已经稳定运行超过 19100 小时，并未见明显衰减。在实际的阴离子交换膜电解水装置中（25cm2），将 CAPist-L1 作为阳极，可在 1.80V 条件下，得到 2730mA cm-2的电流密度（60℃），超过美国能源部的制氢指标（1.80V，2000mA cm-2）。
孙立成教授表示：“这种催化剂的制备过程简易、可重复度高、成本低、易放大制备、安培级电流密度下的催化活性和稳定性高，满足工业级 OER 催化剂的制备和工作需求。”
图丨孙立成院士
展望未来，孙立成院士团队表示，他们将继续优化催化剂的性能，力争使其在更多实际应用场景中展现更高的效率。预计在未来几个月内，团队还将开展更大规模的产业合作，推动这一技术的普及和应用。同时，随着技术的不断成熟，电解水制氢技术有望在全球范围内加速推广，推动氢能源革命的到来，助力实现低碳经济的目标。
值得期待的是，因制备工艺简单、成本低廉、可重复度高、易放大化制备且具备超高OER活性和稳定性，CAPist-L1展现出优良的工业化应用前景。这一创新成果的发布，预示着电解水制氢催化剂研究领域的又一次重大飞跃。
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