基于Bing?l核桃叶提取物自组装膜修饰铜电极的电化学制氢性能优化研究

推荐 为解决传统制氢工艺高能耗及贵金属催化剂成本问题，研究人员以Bing?l核桃叶提取物（WLE）自组装单分子层（SAM）修饰铜电极，并电化学沉积镍（Ni），显著提升碱性水电解（HER）活性。优化后的Cu/WLE-SAM/Ni电极在6 M KOH中活性提升76.5%，稳定性达97.1%，为低成本绿色制氢提供新途径。

　　

论文解读
全球能源结构转型背景下，传统化石燃料引发的能源危机与环境问题亟待解决。氢能因其高能量密度与零碳排放特性，被视为理想替代能源。然而，工业氢气多源于煤制气与天然气重整工艺，不仅产生温室气体，且依赖稀缺资源。电解水制氢（HER）凭借其清洁性与可再生性备受关注，但析氢反应的动力学迟缓导致高过电位与能量损耗，而铂（Pt）等贵金属催化剂虽高效却成本高昂，制约了规模化应用。在此背景下，土耳其比尔肯特大学研究人员聚焦天然材料修饰电极技术，提出以Bing?l核桃叶提取物（WLE）构建自组装单分子层（SAM）修饰铜电极，并通过电化学沉积镍（Ni）进一步优化催化性能，为低成本绿氢制备提供创新方案。

该研究通过溶剂优化（甲醇、乙醇、水）、膜形成时间（6-72小时）及提取物浓度（200-1500 ppm）多参数调控，确定最佳制备条件为甲醇溶剂、1000 ppm WLE浓度及24小时成膜时间。扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）与傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实，优化后的Cu/WLE-SAM/Ni电极表面呈现均匀多孔结构，镍颗粒紧密附着于SAM层。电化学阻抗谱（EIS）显示，Cu/WLE-SAM与Cu/WLE-SAM/Ni电极的电荷转移电阻（R_ct）较原始铜电极分别降低63.7%与76.5%，表明镍沉积显著提升电子传递效率。

在6 M KOH碱性介质中，Cu/WLE-SAM/Ni电极展现出卓越的析氢活性：其过电位仅为127 mV（@10 mA/cm²），塔菲尔斜率为47 mV/dec，优于多数过渡金属基催化剂。热重分析（TGA）揭示薄膜热稳定性优异，起始降解温度达200℃。连续运行24小时后，电极仍保持97.1%初始活性，证实其长期稳定性。研究还通过接触角测量验证了SAM层的疏水性，进一步抑制了电解液对铜基底的腐蚀。

结论部分强调，该工作首次将植物提取物自组装膜与过渡金属复合修饰技术结合应用于HER电极制备。Bing?l核桃叶中多酚、黄酮等活性成分赋予SAM层独特化学特性，而镍的低成本与高催化活性形成协同效应。此方法不仅降低了贵金属依赖，且利用天然资源实现绿色制造，为可持续能源技术提供了新思路。研究成果发表于《International Journal of Hydrogen Energy》，对推动低成本电解水制氢工业化进程具有重要参考价值。

研究方法简述
研究人员采用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）及电化学阻抗谱（EIS）等技术，对电极表面形貌、元素分布及催化性能进行表征。通过循环伏安法（CV）与线性扫描伏安法（LSV）评估析氢活性，并利用热重分析（TGA）测试薄膜热稳定性。实验在6 M KOH电解液中进行，温度控制在298 K。