浙江大学王勇教授课题组ACB：多级串联钴基电催化剂促进高速率产氢

第一作者：林彬彬

通讯作者：王勇*

单位：浙江大学化学系

电解水制氢是一种绿色环保、方便快捷和有巨大发展潜力的可持续制氢方式。而制备具有高活性、高稳定性且高电流密度（析氢电流密度≥ 500mA cm^-2）的廉价金属催化剂对于工业应用具有重要意义。

基于此，来自浙江大学化学系的王勇教授（通讯作者）在国际知名期刊Applied Catalysis B: Environmental上发表题为“Multi-hierarchical cobalt-based electrocatalyst towards high rate H₂ production”的研究论文。

该工作报道了一种具有“金属/金属氧化物/钼酸盐/集流体”多级串联结构的钴基电催化剂用于大电流析氢反应。紧密结合的多层级串联结构及原位还原出具有协同效应的金属/金属氧化物活性相共同促进水分解及氢析出，实现了碱性及中性介质下的大电流密度HER反应。

Co/CoO/CoMoO₃分别在173mV（碱性）及379mV（中性）的低过电位下即可达到1.3 A cm^-2的析氢电流密度，并在碱性介质500 mA cm^-2的电流密度下保持超过400小时的长程稳定性。与阳极材料组装的MEA电解槽水分解实验中，在10A的总电流条件下也保持了超过800小时的稳定性。优异的电催化活性和可观的大电流密度及长程稳定性使其成为具有工业应用前景的廉价电催化剂之一。

通过原位水热生长及还原所制备的电催化剂Co/CoO/CoMoO₃具有多层级串联结构，其高度分散的金属/金属氧化物活性组分及紧密串联结构共同促进了中/碱性条件下大电流密度的析氢反应。通过实验结果和理论计算发现，CoO位点的强OH吸附促进了水的解离，Co位点适宜的H吸附促进了氢的析出。

要点二：

电化学实验测试发现，Co/CoO/CoMoO₃不仅在电流密度为10 mA cm^-2时表现出超低的HER过电位（9 mV，pH=14），而且达到1.3 A cm^-2电流密度时的过电位仅需179mV。在500 mA cm^-2长程稳定性测试中表现出了超过400小时的高稳定性。

要点三：

此外，Co/CoO/CoMoO₃在pH=7的条件下同样表现出了优异的电催化析氢活性（29 mV，10 mA cm^-2；379 mV，1.3 A cm^-2），同时实现了两种低质子浓度条件下的快速析氢反应。

要点四：

在MEA电解槽水分解实验中，Co/CoO/CoMoO₃与阳极材料组装可实现最高50A的总电流，并在10A的稳定电流下保持了超过800小时的稳定性，表明其具有工业应用的前景。

Multi-hierarchical cobalt-based electrocatalyst towards high rate H₂ production

王勇教授简介：浙江大学化学系教授，博士生导师，催化研究所所长。国家重点研发计划项目首席科学家，中组部“万人计划”青年拔尖人才及国家优秀青年基金获得者。

2002年本科毕业于湘潭大学化工学院，2007年博士毕业于浙江大学化工系，2007年～2009年在浙江大学化学系从事博士后研究工作，2009年～2011年在德国马普胶体与界面化学研究所从事博士后研究工作，2011年进入浙江大学工作至今。

作为项目负责人先后承担多项国家及省部级项目，如国家自然科学基金优秀青年基金、面上项目以及浙江省杰出青年基金和重点基金等项目。王勇课题组致力于工业催化剂的研发，特别是基于多孔炭及金属氧化物的负载型工业催化剂的开发及相关反应机理的研究，所研发的多个催化剂在工业上得到应用, 产生了显著的经济和社会效益。

在Chem., J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上发表SCI论文150余篇，SCI引用15900余次，H-index 58。获授权国家发明专利40余件。2020，2021年连续入选科睿唯安“全球高被引学者”名单，研究成果荣获2020年度中国石油与化学工业联合会“发明特等奖”及浙江省科学技术奖-技术发明一等奖。

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