电催化分解水：解决多元金属氧化物相分离难题

华东理工大学物理系青年教师张波在加拿大多伦多大学做博士后期间，在电催化分解水研究领域取得突破，相关成果近日发表于《科学》。该项研究由多伦多大学、华东理工大学、斯坦福大学、中科院高能物理研究所北京同步辐射中心、加拿大光源、美国布鲁克海文国家实验室等单位研究者合作完成。 电解水技术被认为是存储太阳能发电和风力发电等间歇式电能的关键技术，包括阴极析氢(HER)和阳极产氧(OER)两个半反应。其中产氧反应由于存在多种高能量的中间态，在无外加能量或无外加明显过电位的情况下，这一复杂的多步多电子反应将很难发生，即使采用高活性的贵金属催化剂，仍需很高的电压驱动电解水反应，且能源转换效率偏低。 研究人员发展了一种室温下溶胶—凝胶合成方法，突破了由于不同金属氧化物晶格不匹配而导致相分离的障碍，最终使催化剂材料保持了Fe、Co和W多金属氧化物/氢氧化物的原子尺度上的均相分散性，极大地提升了不同金属原子间的相互作用，最终实现了三大突破：产氧电催化剂性能的大幅提升，本征质量比活性和TOFs为目前已报道最优催化剂材料的3倍多，电能向化学能的转化效率由70%提高到80%以上。 业内专家认为，该工作发展的材料制备技术解决了多元金属氧化物相分离的技术难题，开辟了一条推动能源转换与存储领域快速发展的新通道。