缺陷促进钴催化剂还原再生实现肼电氧化的高效双路径机制及其在低能耗制氢中的应用

2026-01-20 02:45:04

研究揭示了钴基催化剂上肼氧化反应(HzOR)的双路径机制：包括在金属钴(Co(0))上的直接电氧化途径，以及通过金属钴与氢氧化钴物种之间氧化还原循环的介导途径。这一机理认识超越了传统仅关注直接路径固有活性的研究范式，突出了肼与Co(II)之间的化学氧化还原反应的核心作用——它不仅再生直接路径所需的金属钴位点，同时驱动介导氧化路径。

通过一步电沉积方法设计的富缺陷钴催化剂，实现了肼对氧化钴物种的快速化学还原。该催化剂表现出卓越的HzOR性能，仅需-79 mV（相对于可逆氢电极，RHE）即可达到100 mA cm?2的电流密度，并具有出色的长期稳定性。结合电化学和密度泛函理论(DFT)分析表明，缺陷工程显著促进了钴基催化剂上的双路径HzOR进程。

这项工作为HzOR电催化提供了关键的机理认识，并展示了一种设计高效、耐用的非贵金属电催化剂的通用策略，对推动低能耗制氢技术的发展具有重要意义。