原位形成金属硼酸盐的CoFe-硼化物纳米催化剂实现工业级耐腐蚀海水电解制氢

针对海水电解中氯离子腐蚀与竞争反应的行业难题，研究人员开发出CoFe-硼化物纳米催化剂，其原位转化为活性硼酸盐相，在碱性海水中实现394 mV@0.5 A cm?2的超低过电位，100小时AEM电解槽稳定运行，并通过硼调变电子结构与腐蚀防护机制，为工业级海水制氢提供了创新解决方案。

　　

全球能源转型背景下，利用海水电解生产绿色氢能被视为解决能源危机与环境问题的战略方向。然而海水中高浓度氯离子引发的电极腐蚀与竞争性析氯反应(CER)，始终是阻碍该技术产业化的"阿喀琉斯之踵"。传统催化剂在海水体系中不仅面临活性骤降的风险，更可能因次氯酸盐(ClO^?)的积累导致系统崩溃。这一困境使得占地球水资源96.5%的海水至今难以规模化应用于电解制氢。

中国的研究团队通过创新设计CoFe-硼化物(CoFe-Boride)纳米催化剂，在《Journal of Colloid and Interface Science》发表突破性成果。该研究采用化学还原法制备纳米片状催化剂，结合原位X射线衍射(XRD)和透射电镜(HRTEM)证实工作状态下催化剂会转化为金属硼酸盐活性相。电化学测试系统评估其在模拟海水与真实电解槽中的性能，密度泛函理论(DFT)计算则揭示硼元素对电子结构的调控机制。

材料表征显示，催化剂呈现0.25 nm晶格间距的纳米片结构，X射线光电子能谱(XPS)证实硼的掺入使Co/Fe位点电子密度重分布。在1 M KOH碱性海水中，该催化剂达到420 mV@1.0 A cm^?2的过电位，显著优于商用RuO₂。更令人瞩目的是，在阴离子交换膜(AEM)电解槽中连续运行100小时@0.5 A cm^?2后，次氯酸盐生成量可忽略不计，突破传统催化剂在含氯环境中的稳定性瓶颈。

机理研究表明，硼的适度电负性(2.04)有效降低了金属位点的氧化能垒，而原位生成的硼酸盐相形成物理屏障，双重作用抑制氯离子侵蚀。DFT计算进一步揭示，硼掺杂使Co/Fe的d带中心下移，优化了反应中间体的吸附能，将速率控制步骤的能垒从1.86 eV降至1.42 eV。

这项研究由Fakhr uz Zaman等学者完成，获得中国国家自然科学基金和深圳市科技计划项目支持。其创新价值在于：首次阐明硼酸盐原位转化机制在海水电解中的双重功能，既作为活性位点又充当腐蚀防护层；开发的催化剂在工业级电流密度(>500 mA cm^?2)下保持稳定，弥合了实验室研发与产业化需求的鸿沟；为沿海地区直接利用海水制氢提供了材料基础，对推动可再生能源与氢能经济的融合发展具有战略意义。该成果不仅为耐腐蚀电解催化剂设计提供新范式，更将加速"向大海要氢能"的绿色革命进程。