晶态-非晶耦合双功能CoMoO4 @MoP–CoP/NF催化剂用于甲醇氧化辅助海水电解高效制氢

为解决传统海水电解制氢过程中阳极氧析出反应(OER)能耗高、氯离子腐蚀等问题，研究人员设计了一种晶态-非晶耦合的CoMoO4 @MoP–CoP/NF双功能催化剂。该材料在碱性海水中仅需196 mV过电位即可实现100 mA cm?2 的氢析出反应(HER)，并在1.43 V下完成甲醇氧化反应(MOR)，同时生成甲酸(法拉第效率90%)。组装的混合电解槽仅需1.26 V即可驱动10 mA cm?2 电流密度，稳定运行200小时，为低能耗海水制氢与高值化学品联产提供了新策略。

　　

研究背景
全球能源转型背景下，氢能因其零碳排放特性成为焦点。海水占地球水资源96%，但其电解制氢面临两大瓶颈：阳极氧析出反应(OER)理论电位过高(1.23 V)，且海水中的氯离子会引发竞争性析氯反应并腐蚀电极。传统电解槽需1.55 V才能达到10 mA cm^?2
的电流密度，能耗居高不下。

研究方案
中国科学院团队通过水热-磷化法在泡沫镍(NF)上构建了CoMoO₄
@MoP–CoP异质结构。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和原位拉曼光谱等技术表征材料，通过线性扫描伏安法(LSV)和计时电位法评估电催化性能，并组装混合海水电解槽(HSE)测试实际应用效果。

研究结果
结构表征
SEM显示催化剂呈纳米片组装的微米块状结构(图1b-e)，XRD证实晶态CoP/MoP与非晶CoMoO₄
的共存。X射线光电子能谱(XPS)显示磷化后Mo⁴⁺
和Co^δ+
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电化学性能
在1 M KOH+海水电解质中，催化剂HER过电位仅196 mV@100 mA cm^?2
，低于多数报道的非贵金属催化剂。MOR测试显示1.43 V即可达到100 mA cm^?2
，原位拉曼证实CoOOH中间体促进甲酸生成(FE=90%)。

混合电解槽应用
HSE系统仅需1.26 V即可驱动10 mA cm^?2
，较传统海水电解节能18.7%。连续运行200小时后性能衰减<5%，且阴极氢气FE达99.8%，兼具高效性与稳定性。

结论与意义
该研究通过晶态-非晶异质结构设计，实现了催化剂电子结构调控与抗腐蚀能力提升。将热力学更有利的MOR(0.016 V)替代OER，不仅规避氯离子干扰，更联产高值甲酸。为未来建立"绿氢+高值化学品"的海洋能源综合利用模式提供了关键技术支撑，论文发表于《International Journal of Hydrogen Energy》。作者Sen Qiao等强调，这种耦合策略有望将海水制氢能耗降低至4.5 kWh/Nm³
H₂
，显著优于现有工业标准(4.8-5.5 kWh/Nm³
H₂
)。