12月17日，國際頂級期刊Nature Catalysis在線發表了華南理工大學環境與能源學院趙伯特教授團隊題為“Earth-abundant electrocatalysts for acidic oxygen evolution”的相關成果，這也是環境與能源學院學術成果首次在Nature Catalysis上發表。

質子交換膜（PEM）水電解作為綠色氫氣生產的前沿技術，具有廣闊的應用前景，但其廣泛商業化進程受限于貴金屬基析氧反應（OER）催化劑的高成本和稀缺性。目前，唯一商用的PEM電解槽陽極OER催化劑是貴金屬基的氧化銥，然而，銥金屬（Ir）近5年的平均市場價格高達58000美元/磅，遠高于地球豐產金屬如鈷（Co，19美元/磅）、鐵（Fe，0.26美元/磅）和錳（Mn，1.5美元/磅）。此外，貴金屬的稀缺性進一步阻礙了PEM電解槽的大規模應用。例如，實現太瓦級規模將需要大約相當于40年銥的生產量。因此，利用低成本且資源豐富的元素替代貴金屬，不僅能顯著降低成本，還有助于推動綠色氫氣的大規模制備。

針對低成本豐產金屬酸性析氧反應催化劑在酸性溶液中穩定性較差、開發難度較大以及應用于器件中的困難等挑戰，趙伯特教授團隊系統地討論了器件層面到催化劑電子結構層面的衰減機理及催化劑在酸性環境中的溶解過程，并結合先進的表征技術、Pourbaix圖、動力學分析等深入分析催化衰減機理。基于現有的理論研究和實驗數據，通過對不同材料和催化劑設計策略的電化學數據進行系統分析，提出下一代低成本豐產金屬酸性析氧催化劑的設計指南。最后，論文總結了該領域的關鍵科學挑戰，并展望了未來的發展方向。

環境與能源學院博士生萬仁典為本文第一作者，博士生袁騰輝、王柳晨、李冰共同參與，趙伯特教授為通訊作者，華南理工大學為第一完成單位。該論文得到了國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金、廣州市基礎研究計劃、中央高校基本科研業務費、國家重點研發計劃、以及廣東省引進創新創業團隊計劃的大力支持。

據悉，Nature Catalysis涵蓋催化科研及產業化，發表關于均相催化、異相催化和生物催化的基礎和應用研究，是Nature旗下著名的旗艦刊物之一，被Nature Index自然指數收錄，最新影響因子為42.8。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41929-024-01266-6

主要作者介紹

萬仁典，本文第一作者，華南理工大學環境與能源學院2022級博士生。主要從事用于PEM電解槽析氫/析氧催化劑材料的開發及器件性能研究，取得了一系列的研究成果。近五年在國際著名期刊上發表多篇SCI期刊論文，包括Nat. Catal., Nano Lett., J. Energy Chem., J. Mater. Chem. A等。

趙伯特，教授、博導，本文通訊作者，Clarivate全球“高被引科學家”，2022 Energy& Fuels Rising Star。長期致力于環境與能源領域高效電催化劑和快速儲能材料的理性設計、可控合成與原位表征，聚焦動態電催化設計。至今在Nature Catalysis, Nature Energy和Nature Communications等SCI期刊發表論文110余篇，引用超過13000余次，個人h因子66。相關成果被Science Daily等幾十家媒體報道。擔任Swiss National Science Foundation，Croatian Science Foundation評審專家，以及ChemicalSociety Review等70余個期刊審稿人。獲國家重點研發計劃青年科學家項目、國家自然科學基金、廣東省引進創新創業團隊項目等項目支持。

華南理工大學　學生記者團

信息來源：環境與能源學院

微信編輯：孫彥東 鮑恩

初審：鮑恩

二審：盧慶雷

終審：鄒浩

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