南开大学袁忠勇教授AEM：设计应用于混合型电解水体系的阳极催化剂以绕行传统电解水中存在的挑战

第一作者：王浩宇

通讯作者：袁忠勇*

单位：南开大学

考虑到传统电解水体系所面临的挑战，混合型电解水是一种特别有吸引力的替代方案，即在阳极室中加入不同的电解质，以规避传统水电解中面临的挑战。电解水可直接用海水或含盐水消除水净化/淡化设备的初始投资和纯水运输的费用。

此外，使用热力学上更有利的阳极氧化反应取代析氧反应可以显著降低所需电压、防止爆炸性氢/氧混合物的形成，并使高效无膜水电解反应器成为可能。更重要的是，析氧反应可以被增值的氧化反应所取代，例如某些生物质衍生化学品的替代氧化，产生各种有价值的化学物质，在实际应用中最大限度地提高收益。

基于此，南开大学的袁忠勇教授在国际知名期刊Advanced Energy Materials上发表题为“Circumventing Challenges: Design of Anodic Electrocatalysts for Hybrid Water Electrolysis Systems”的综述文章。该综述文章提供了对于混合型电解水的整体描述以及对于各种化学品（醇、醛、胺、脲、肼等）协助的电解水体系与海水直接电解中阳极催化剂制备的优化策略。

图1. 传统电解水体系中面临的挑战、混合型电解水体系的优势以及在混合型电解水体系中对于阳极氧化反应、电催化剂以及反应参数的考虑。

在混合型电解水体系中，对于阳极的氧化反应，首先要求其反应底物溶于水以及不和析氢/析氧反应竞争。而氧化反应的底物成本、产物以及热力学平衡电势则决定了其在混合型电解水应用中的潜力。在对电极催化剂的要求上，相比于传统电解水体系，其在特定电解水体系环境下的活性、选择性和稳定性需要特异性地提升。而相应的反应参数，包括电池电压、pH、电解制浓度、电解液流速、电极距离等需要进一步优化。

要点二：阳极催化剂的设计

基于混合型电解水体系对于阳极催化剂特殊的要求，作者讨论了应用于化学品（醇、醛、胺、脲、肼等）协助的电解水体系与海水直接电解中的高活性/选择性/稳定性的阳极电催化剂的优化策略。

要点三：前瞻

当前对混合型电解水体系的了解和研究仍然有限，对于电极催化剂、氧化反应和电解装置的进一步探究是十分有必要的。

Circumventing Challenges: Design of Anodic Electrocatalysts for Hybrid Water Electrolysis Systems

袁忠勇教授、博士生导师，南开大学材料学院新催化材料科学研究所所长。英国皇家化学会会士。期刊《RSC Advances》副主编，《Advanced Materials Science and Technology》主编，《精细石油化工》、《无机盐工业》、《Journal of Engineering》、《Current Catalysis》等期刊编委。从事多孔纳米催化材料的制备、性能和微结构分析及环境和能源催化反应研究。

已承担主持国家自然科学基金、科技部政府间科技合作、教育部博士点基金、天津市科技计划重点、科技部973计划项目、中石油和中石化的科技开发项目等二十多项课题。已在Chem. Soc. Rev., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater.等重要期刊上发表SCI收录论文395篇，论文已被他人引用19000余次，h因子67。出版英文专著1部，英文专著章节3篇和中文专著章节1篇。获中国发明专利授权10余项。

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