2025年8月4日，高等研究院趙偉研究員課題組聯(lián)合南京工業(yè)大學(xué)教授曾豐、新加坡南洋理工大學(xué)教授武斌、德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)教授Regina Palkovits、成都大學(xué)李樹(shù)龍等，在電催化乙醇電氧化（EOR）領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Metallic Ni as Electron Acceptor Modulates the Redox of Catalytic Centers at Activated Ni0/Ni(OH)2 Heterojunctions for Efficient Ethanol Electrooxidation”為題，發(fā)表于自然指數(shù)期刊Angewandte Chemie International Edition。趙偉研究員為通訊作者，深圳大學(xué)為參與完成單位。

在堿性水電解中，陽(yáng)極析氧反應(yīng)（OER）動(dòng)力學(xué)緩慢，極大地制約了整體能效。通過(guò)“乙醇輔助電解水”策略，將陽(yáng)極OER替換為乙醇氧化反應(yīng)（EOR），不僅能顯著降低能耗，還可同時(shí)獲得高附加值的化學(xué)品，如乙酸、乙醛等。傳統(tǒng)Ni基催化劑存在導(dǎo)電性差、反應(yīng)路徑受限等問(wèn)題，亟需開(kāi)發(fā)新型高活性材料。對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)控電沉積過(guò)程中碳紙電極的親/疏水性，實(shí)現(xiàn)了Ni0與Ni(OH)?共存的異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極（記作ED-MHO@CP-a），該異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極在1 M KOH + 1 M 乙醇溶液中展現(xiàn)出優(yōu)異的EOR性能：在1.37 V vs. RHE電位下電流密度高達(dá)573.7 mA·cm?2，是傳統(tǒng)Ni(OH)?電極的191倍，遠(yuǎn)超多數(shù)無(wú)貴金屬Ni基催化劑。經(jīng)濟(jì)性分析顯示，該體系的收益/成本比高達(dá)1.07，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)水電解（0.60）。機(jī)理研究表明，Ni0作為電子受體，有效促進(jìn)Ni2? → Ni3?的氧化過(guò)程，從而提升EOR動(dòng)力學(xué)。DFT計(jì)算顯示，Ni0與Ni(OH)?之間存在電子轉(zhuǎn)移與態(tài)密度耦合，降低NiOOH中間體生成的能壘（降低4.82 kJ·mol?1），并有助于乙醛向乙酸的進(jìn)一步氧化。在非電化學(xué)條件下，Ni3?能自發(fā)被乙醇還原，Ni0的存在增強(qiáng)了Ni2?/Ni3?循環(huán)，有效促進(jìn)乙醇的高效轉(zhuǎn)化。此外，該研究還構(gòu)建了基于ED-MHO@CP-a的乙醇輔助制氫體系，使用商用太陽(yáng)能板驅(qū)動(dòng)時(shí)可達(dá)到14.4%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)氫效率，顯著高于多數(shù)傳統(tǒng)電解體系。

該研究得到了廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金等項(xiàng)目支持。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202510285

圖1. 通過(guò)電沉積過(guò)程中的親水-疏水表面調(diào)控形成的Ni0/Ni2+異質(zhì)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)Ni2+ ? Ni3+的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)換，降低乙醛氧化的動(dòng)力學(xué)勢(shì)壘，并提升乙醇轉(zhuǎn)化乙酸鹽的效率