近日,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)徐銅文院士、葛曉琳特任教授課題組在陰離子交換膜水電解領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展,提出了一種創(chuàng)新的共價催化劑固定策略,通過原位交聯(lián)離子聚合物網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)非貴金屬催化劑(NiFe)的均勻分散和牢固錨定,成功解決了純水陰離子交換膜電解(AEMWE)中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。該研究在純水條件下實現(xiàn)了卓越的性能和耐久性:在1.9 V電壓下達(dá)到2.55 A cm?2的電流密度,且在1800小時運行中僅以0.03 mV h?1的衰減率保持穩(wěn)定,這遠(yuǎn)超現(xiàn)有文獻(xiàn)報道的純水AEMWE系統(tǒng)性能。這一突破性進(jìn)展不僅克服了傳統(tǒng)催化劑-離子聚合物界面不穩(wěn)定的問題,還顯著改善了催化劑層的機(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,為開發(fā)高性能、低成本的綠色制氫技術(shù)提供了新思路。
合肥光源軟X射線成像線站(BL07W)納米?CT技術(shù)在該研究中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,通過同步輻射X射線三維計算斷層掃描,研究人員首次直觀地展示了交聯(lián)離子聚合物在催化劑表面的均勻分布情況,而對照組則顯示出非均勻的空間分布。這種直接的微觀結(jié)構(gòu)可視化證實了原位交聯(lián)策略成功促進(jìn)了離子聚合物與催化劑的均勻結(jié)合,為理解催化劑-離子聚合物界面特性提供了關(guān)鍵證據(jù)。X-ray 3D CT技術(shù)不僅驗證了催化劑分散的均勻性,還揭示了離子聚合物網(wǎng)絡(luò)如何優(yōu)化反應(yīng)物傳輸路徑,為催化劑層的設(shè)計和優(yōu)化提供了關(guān)鍵的微觀視角。

圖1? NiFe催化劑輻射X射線三維納米成像結(jié)果
相關(guān)工作以“Covalent catalyst immobilization in crosslinked ionomers for durable pure water anion exchange membrane electrolysis”為題,發(fā)表在Nature Communications上。
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