校区张涛教授团队研究成果为水电解电极设计提供新路径

近日，校区材料科学与工程学院张涛教授团队在钨极细线编织功能结构及其催化制氢应用方面取得重要研究进展，为水电解电极设计提供了新的技术路径。相关成果以《界面结构调控触发双位点协同实现工业级水电解》（Interfacial Structure Modulation Triggering Dual Sites Synergy for Industrial-Grade Water Electrolysis）为题，发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。

电解水制绿氢是清洁能源技术发展的重要方向。在工业化应用中，电解电极需要在高电流密度、长周期运行以及波动电力输入等复杂工况下保持高效稳定，这对电极的结构稳定性、电荷传输能力和催化活性提出了更高要求。目前常用的工业电极材料（碳纸、泡沫镍等），在化学稳定性、导电性和机械强度之间难以达到性能平衡，阻碍了电极材料在工业大电流下长周期运行。钨极细线具有良好的力学性能和导电性能，编织形成规则、连续的金属网状结构后，可兼具结构支撑、电荷传输和催化层负载等功能，为构筑适用于高电流密度运行的电解电极提供了新的结构基础。然而，钨网基底本身并非高活性析氢催化材料，如何在保持其结构和传输优势的同时赋予其高效、稳定的电催化功能，是实现该类编织结构向水电解功能电极拓展的关键问题。

钨极细线编织网及其为电极骨架原位构筑的NiS/Ni₃S₂@W异质结催化剂的结构及制备过程示意图

针对上述问题，团队以自主研发的直径38微米钨极细线编织制备200目钨网作为功能基底，在其表面原位生长硫化镍（NiS），并通过可控阴极极化使部分NiS转化为Ni₃S₂，在钨丝编织载体表面构筑NiS/Ni₃S₂异质催化功能层。通过调控界面可使Ni、S位点形成差异化的催化功能，其中Ni位点有利于水分子的吸附和活化，邻近S位点有利于氢中间体的吸附与转化，从而使水解离反应能垒降低，反应速度加快。在阴离子交换膜水电解器测试中，该电极在80摄氏度下达到1安培/平方厘米电流密度仅需1.68伏，并可在1.5安培/平方厘米下稳定运行超过1000小时，同时表现出良好的波动工况耐受性，实现了非贵金属电极在工业大电流下的长周期运行。

该研究将超细金属丝编织结构的力学与导电优势同表面催化功能化和异质界面调控相结合，为面向高电流密度、长周期及波动工况的水电解电极设计提供了新的技术路径，也拓展了钨极细线及同类高性能金属微细丝由传统结构材料向能源电化学功能材料发展的应用空间。

哈尔滨工业大学为第一通讯单位，校区材料科学与工程学院博士研究生张瑜为论文第一作者，张涛教授为通讯作者。该研究获得国家自然科学基金、山东省自然科学基金联合基金重点项目等支持。（张 瑜）

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.74763