近日，我院多酸及网格材料教育部重点实验室李阳光教授研究团队在国际期刊“Advanced Energy Material”上发表题为“Advanced Ru/Ni/WC@NPC multi-interfacial electrocatalyst for efficient sustainable hydrogen and chlor-alkali co-production”的研究论文，第一作者是来自也门的博士留学生Abdulwahab Salah，共同一作为合作者扬州大学张陆南博士。研究团队的谭华桥教授、郎中玲副教授和李阳光教授为本论文共同通讯作者。
电解水制氢与氯碱工业的联产开发不仅可以解决电解水制氢中存在的产品结构单一（氧气工业价值较低）、设备投入高等问题，同时也可以大幅度降低氯碱行业的能耗，促进产业升级，提高总体经济效益。而实现这种耦合联产的关键科学问题之一就是开发在强碱、高温、高盐浓度的苛刻条件下具有高活性、高稳定性的析氢催化剂。在碱性介质中表现出高活性的析氢催化剂已经有较多的报道，但对这些催化剂的设计和调控多是从降低水裂解能垒和优化氢吸附自由能两方面考虑的，高温环境对碱性介质中析氢活性的影响还未被关注和研究，而深入理解温度与析氢性能的内在关联并制备出在高温操作环境下仍具有高性能的碱性析氢催化剂恰恰是实现析氢和氯碱联产的一个重要问题。
针对这一问题，研究团队从热力学角度分析浓碱条件下的电化学析氢过程，提出若电催化剂表面水吸附过程的放热效应明显，根据勒夏特列原理，温度升高将不利于这一过程的进行。因而，开发可在氯碱电解条件下高效工作的析氢催化剂必须同时兼顾以下三点：水吸附步骤吸热或微弱放热、水裂解能垒较低以及氢吸附自由能接近于零。研究团队结合理论模拟预测并利用多酸成功制备了Ru/Ni/WC@NPC多界面三元复合催化剂（图1），具备水裂解能垒低（ΔGb= 0.61 eV）、氢吸附自由能接近于零（ΔGH*= -0.03 eV），以及水吸附步骤放热微弱（ΔHH2O= -0.12 eV）三大特点，在碱性电解液以及模拟氯碱电解条件下的展现出优异的析氢性能。
图1.(a) Ni(111), WC(001), Ru(100), Ni/WC, Ru/Ni/WC的模拟结构；在不同模型表面的(b)水裂解的吉布斯自由能分布和(c)氢吸附自由能分布。
该工作对于探索温度及强碱性环境对析氢性能的影响具有指导和借鉴意义，且在一定程度上推动了电解水制氢和氯碱工艺耦合发展。李阳光教授研究团队近年来一直致力于解决该耦合技术中涉及到的科学问题。近期研究团队在“Energy Environmental Science”杂志发表了题为“Advanced hydrogen evolution electrocatalystspromising sustainable hydrogen and chlor-alkalico-production”的综述文章。详细总结了在氯碱电解条件下析氢电催化剂的工作机理、性能评价指标，综述了已报道的可应用于氯碱电解的析氢催化剂，指出了近年来该联产过程在技术和工程方面的进展，同时对该联产技术的发展机遇和存在的挑战进行了展望。
论文：1.Abdulwahab Salah#, Lu-Nan Zhang#, Hua-Qiao Tan*, Fei-Yang Yu, Zhong-Ling Lang*, Nabilah Al-Ansi, Yang-Guang Li*, Advanced Ru/Ni/WC@NPC Multi-Interfacial Electrocatalyst for Efficient Sustainable Hydrogen and Chlor-Alkali Co-Production,Adv. Energy Mater.,2022, 14, 2200332-1-7. 10.1002/aenm.202200332; 2. Lu-Nan Zhang, Rui Li, Hong-Ying Zang, Hua-Qiao Tan*, Zhen-Hui Kang*, Yong-Hui Wang and Yang-Guang Li*, Advanced hydrogen evolution electrocatalysts promising sustainable hydrogen and chlor-alkali co-production,Energy Environ. Sci.,2021, 14, 6191-6210.
