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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關鍵核心技術，努力搶占科技制高點，為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

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抑制催化材料非晶化實現(xiàn)大電流解水制氫與生物質(zhì)高值轉(zhuǎn)化耦合

2025-10-27 金屬研究所

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語音播報

甘油氧化作為生物質(zhì)平臺分子增值的重要途徑，其氧化產(chǎn)物廣泛應用于制藥、食品、化妝品和紡織等行業(yè)。傳統(tǒng)的熱催化甘油氧化污染大、能耗高，而電催化甘油氧化技術以水為氧化劑、以綠色電能為能量輸入，為甘油氧化綠色升級提供了新路徑。

過渡金屬氧化物催化性能優(yōu)異、成本較低，成為電催化甘油氧化反應中常用的催化材料。但是，在面向氫能產(chǎn)業(yè)所需的工業(yè)級電流密度下進行電催化甘油氧化時，這類材料表面易發(fā)生氧化非晶化，引發(fā)析氧副反應，降低目標產(chǎn)物的法拉第效率。這制約了電催化甘油氧化技術在氫能產(chǎn)業(yè)中的規(guī)?；瘧?。

近日，中國科學院金屬研究所研究團隊提出了通過引入Cu²⁺抑制過渡金屬氧化物表面非晶化的新策略Cu-GOR。研究表明，在電解液中添加微量Cu²⁺，利用Cu²⁺/Cu⁺在電催化氧化過程中的可逆氧化還原，可維持催化材料晶體結構的穩(wěn)定性，抑制過渡金屬氧化物催化材料的表面非晶化過程。以泡沫鎳負載Co₃O₄催化材料為例，在800 mA cm^?2的工業(yè)級電流密度下，Cu²⁺的引入使目標產(chǎn)物甲酸的法拉第效率從62.2%提高至99.3%，性能優(yōu)于已報道的催化材料。

這一催化材料和反應體系易于放大，6×6 cm²電極材料的甘油氧化產(chǎn)物收率達13.2 g h^?1，穩(wěn)定性超過100小時。同時，該策略可擴展至其他過渡金屬氧化物及多種生物質(zhì)電氧化反應體系，為推進生物質(zhì)電催化技術在綠色氫能產(chǎn)業(yè)中的應用提供了新思路。

相關研究成果發(fā)表在《自然-可持續(xù)發(fā)展》（Nature Sustainability）上。

論文鏈接

Cu²⁺抑制催化材料表面非晶化過程示意圖

甘油氧化作為生物質(zhì)平臺分子增值的重要途徑，其氧化產(chǎn)物廣泛應用于制藥、食品、化妝品和紡織等行業(yè)。傳統(tǒng)的熱催化甘油氧化污染大、能耗高，而電催化甘油氧化技術以水為氧化劑、以綠色電能為能量輸入，為甘油氧化綠色升級提供了新路徑。過渡金屬氧化物催化性能優(yōu)異、成本較低，成為電催化甘油氧化反應中常用的催化材料。但是，在面向氫能產(chǎn)業(yè)所需的工業(yè)級電流密度下進行電催化甘油氧化時，這類材料表面易發(fā)生氧化非晶化，引發(fā)析氧副反應，降低目標產(chǎn)物的法拉第效率。這制約了電催化甘油氧化技術在氫能產(chǎn)業(yè)中的規(guī)?；瘧?。近日，中國科學院金屬研究所研究團隊提出了通過引入Cu2+抑制過渡金屬氧化物表面非晶化的新策略Cu-GOR。研究表明，在電解液中添加微量Cu2+，利用Cu2+/Cu+在電催化氧化過程中的可逆氧化還原，可維持催化材料晶體結構的穩(wěn)定性，抑制過渡金屬氧化物催化材料的表面非晶化過程。以泡沫鎳負載Co3O4催化材料為例，在800 mA cm?2的工業(yè)級電流密度下，Cu2+的引入使目標產(chǎn)物甲酸的法拉第效率從62.2%提高至99.3%，性能優(yōu)于已報道的催化材料。這一催化材料和反應體系易于放大，6×6 cm2電極材料的甘油氧化產(chǎn)物收率達13.2 g h?1，穩(wěn)定性超過100小時。同時，該策略可擴展至其他過渡金屬氧化物及多種生物質(zhì)電氧化反應體系，為推進生物質(zhì)電催化技術在綠色氫能產(chǎn)業(yè)中的應用提供了新思路。相關研究成果發(fā)表在《自然-可持續(xù)發(fā)展》（Nature Sustainability）上。論文鏈接Cu2+抑制催化材料表面非晶化過程示意圖

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