南京工业大学沈晓冬、崔升、吴晓栋团队Advanced Functional Materials!!双重抗腐蚀机制突破!Ni/Cr₂O₃锚定P-RuO₂气凝胶助力海水电解

阴离子交换膜海水电解（AEMSE）是实现大规模绿色制氢的关键技术，但海水中高浓度氯离子（Cl⁻）易引发催化剂腐蚀、竞争性析氯反应及活性衰减，严重制约其耐久性。南京工业大学沈晓冬、崔升、吴晓栋团队针对这一瓶颈，设计并制备了一种新型三维多孔气凝胶催化剂，为海水电解提供了兼具高活性与强稳定性的解决方案。该研究发表于《Advanced Functional Materials》，卢嘉欣为第一作者，团队聚焦海水电解中催化剂抗腐蚀与活性协同提升难题，通过材料结构创新与机理调控，推动AEMSE技术实用化进程。

研究团队采用静电纺丝结合金属颗粒自组装技术，构建了由Ni/Cr₂O₃纳米颗粒锚定在P-RuO₂纳米纤维上的三维多孔气凝胶（Ni/Cr₂O₃@P-RuO₂）。该材料具有分级孔隙结构，直径约100nm的P-RuO₂纤维均匀分布Ni/Cr₂O₃纳米颗粒，介孔与大孔协同促进反应物扩散与活性位点暴露。性能测试显示，其在碱性海水中对析氧反应（OER）和析氢反应（HER）的过电位低至220mV和27mV（10mA·cm⁻²），组装成AEMSE器件后，于2.0V电压下实现1.5A·cm⁻²高电流密度，且在0.1A·cm⁻²下稳定运行500小时无明显衰减。结构表征证实，气凝胶的自支撑骨架优化了电子传输路径，显著降低电阻损耗，为高效电解奠定基础。

机理研究表明，该催化剂通过“路易斯酸+PO₄³⁻修饰”双重抗腐蚀机制突破耐久性瓶颈。X射线吸收近边结构（XANES）与密度泛函理论（DFT）计算揭示，Ni/Cr₂O₃向Ru的电子转移优化了Ru的电子结构，其不饱和配位缺陷增强了对反应中间体的吸附能力；原位拉曼光谱与飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）证实，催化剂表面原位生成PO₄³⁻层，通过静电排斥抵御Cl⁻侵蚀，同时Cr₂O₃作为路易斯酸位点与PO₄³⁻协同，构建OH⁻选择性微环境，抑制Cl⁻富集。分子动力学（MD）模拟进一步验证，该双重机制有效阻断了RuO₂过氧化与溶解，使催化剂在海水高盐环境中保持稳定。此研究为设计抗腐蚀电解催化剂提供了新范式，有望加速AEMSE技术的工业化应用。