纳米结构CoV2 O6 ·4H2 O表面催化脂肪醇同步氧化与绿色制氢的协同机制研究

为突破传统电解水制氢中析氧反应(OER)的高能耗瓶颈，研究人员开发了低温合成的双金属CoV2 O6 ·4H2 O电催化剂，实现脂肪醇氧化反应(AOR)替代OER的混合电解新策略。该催化剂在400 mA cm?2 高电流密度下将乙醇氧化过电位降至1.47 V（vs RHE），同步生成羧酸产物和氢气，为低成本绿色制氢与高值化学品联产提供了创新解决方案。

　　

传统电解水制氢技术面临四大痛点：析氧反应(OER)动力学迟缓导致能耗过高（1.65 V vs RHE）、氢氧气体交叉引发爆炸风险、碱性电解质中氧物种腐蚀膜材料、以及每公斤4美元的高成本制约商业化应用。更棘手的是，现有钯/铂基催化剂对高碳数脂肪醇的氧化效率低下，且反应中间体易使催化剂失活。这些瓶颈促使REVA大学的研究团队将目光投向地球储量丰富的双金属钒酸盐材料，通过设计新型CoV₂
O₆
·4H₂
O纳米催化剂，开创性地将C1-C6脂肪醇氧化与制氢过程耦合，相关成果发表于《Inorganic Chemistry Communications》。

研究采用低温水热法（55°C/2小时）合成催化剂，通过XRD、UV-Vis和SEM进行结构表征，结合电化学工作站评估OER/AOR性能，并利用¹
H NMR分析氧化产物。

【Preparation of CoV₂
O₆
·4H₂
O electrocatalyst】
通过氯化钴与偏钒酸铵的水热反应，获得具有明确晶相的CoV₂
O₆
·4H₂
O，其反应方程式显示结晶水在结构中起关键稳定作用。

【Structural characterization】
XRD证实材料为纯相，SEM显示纳米级形貌特征，UV-Vis光谱揭示钴-钒协同效应产生的特殊电子结构，这为后续高效催化奠定基础。

【Electrochemical performance】
在400 mA cm^?2
工业级电流密度下，催化剂对乙醇氧化展现出1.47 V的超低过电位，较OER降低180 mV。氧化过电位排序揭示碳链长度与反应活性的负相关性：乙醇（1.47 V）<丁醇（1.59><己醇（1.61><甲醇（1.64 v）<2-丙醇（1.65>¹
H NMR证实甲醇氧化主产物为甲酸盐，其他醇则生成对应乙酸盐。

这项研究突破性地证明：双金属协同效应可显著提升脂肪醇电氧化效率，其混合电解系统相比传统电解槽节能10%以上。特别值得注意的是，催化剂对C2醇（乙醇）的选择性最优，这为生物质乙醇的高值转化提供了新思路。研究团队提出的"一槽双产"模式（阳极羧酸+阴极氢气），不仅将制氢成本降低至2.5美元/kg理论值，更开创了电化学合成平台化合物新路径。S. Ashoka团队指出，该材料的低温合成工艺（较文献报道降低100°C以上）具有显著产业化优势，未来通过调控钒的氧化态（V⁴⁺
/V⁵⁺
）有望进一步优化电子转移效率。