湘潭大学在碱性电解水制氢领域取得重要研究进展

湖南日报·新湖南客户端10月12日讯（通讯员 佘祥）近期，湘潭大学化学学院刘益江教授课题组在碱性电解水制氢领域取得重要研究进展。相关成果以《基于轨道杂化协同调控界面水与氢溢流的高效碱性水分解》为题，发表于国际知名学术期刊《先进材料》。湘潭大学化学学院硕士研究生赵鸿卿、辛蓉和2025级博士研究生袁颖为论文共同第一作者，刘益江及新加坡国立大学林志群教授、西安交通大学丁书江教授为论文通讯作者，湘潭大学为论文的第一单位。

开发高效非贵金属析氢反应（HER）电催化剂，对碱性工业水电解技术至关重要，但缓慢的水解离过程与低效的氢转移动力学仍是核心瓶颈。因此，刘益江教授团队报道了一种NiCo/MoO₂异质结原位共植入的氮掺杂碳球（NiCo/MoO₂-NC），并以此为模型电催化剂，阐释了3d-4d-2p轨道杂化如何协同调控界面水构型与氢溢流，进而显著提升HER活性和稳定性。研究团队通过原位拉曼光谱揭示了界面水的自调控，捕捉到OH*和H*等关键中间体的动态吸脱附行为，有效促进水解离并保障充足质子供给。密度泛函理论（DFT）计算证实轨道杂化能够调控d带中心与界面电子重分布，进而促进NiCo位点上水的吸附与解离。与此同时，原位表征和DFT计算共同证实了从NiCo向MoO₂的氢溢流能加快析氢动力学。轨道杂化还能促进模型催化剂在低电位下发生表面重构，提升析氧反应（OER）动力学。模型催化剂NiCo/MoO₂-NC 在 10 mA cm⁻² 电流密度下，析氢过电位仅 32 mV，析氧过电位为 250 mV；基于NiCo/MoO₂-NC为阴极和阳极催化剂组装的阴离子交换膜水电解槽，只需1.70V电压即可实现500 mA cm^-2的高电流密度，并能够稳定运行超过500小时。该研究证实，轨道杂化可作为协同调控界面水与反应中间体动态行为的设计准则，为催化剂——电解质界面的构筑提供了普适性方法。

刘益江课题组长期致力于纳米能源材料研究，曾先后以通讯作者身份在《科学进展》《应用化学国际版》《先进材料》《化学学会评论》《先进功能材料》《纳米能源》等国际知名刊物发表论文多篇，有着良好的学术影响力。

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来源：湖南日报·新湖南客户端

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