摘要：2024年11月28日，阿德莱德大学乔世璋院士、郑尧教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Corrosion-resistant NiFe anode towards kilowatt-scale alkaline seawat
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大规模碱性海水电解技术的发展需要稳定、耐腐蚀的阳极。
2024年11月28日，阿德莱德大学乔世璋院士、郑尧教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Corrosion-resistant NiFe anode towards kilowatt-scale alkaline seawater electrolysis》的研究论文，Xiaogang Sun、Wei Shen为论文共同第一作者，乔世璋院士、郑尧教授为论文共同通讯作者。
乔世璋，澳大利亚阿德莱德大学化工学院纳米技术首席教授，能源与催化材料中心（Centre for Materials in Energy and Catalysis）主任，澳大利亚研究理事会电池回收培训中心主任，澳大利亚科学院院士，英国皇家化学会会士，澳大利亚皇家化学会会士。
乔世璋院士主要从事新能源技术纳米材料领域的研究，包括电催化、电池、光催化等，在Nature、Nat. Energy、Nat. Nanotech.、Nat. Synth.、Sci. Adv.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等国际顶级期刊发表学术论文超过560篇，引用超过13.8万次，H指数为190。
郑尧，澳大利亚阿德莱德大学化工学院教授。博士毕业于澳大利亚昆士兰大学。
郑尧教授的研究方向为氧还原反应、析氢反应、电催化。他主要从事催化和能源材料化学研究，被公认为无缝整合实验和理论计算以揭示氢气生成和CO2转化的催化原理和催化剂设计的先驱科学家之一。已发表论文180余篇，引用4万次，h指数82。
在这里，研究人员提出通过向层状双氢氧化物（LDH）中间层引入一系列阴离子来工程化NiFe层状双氢氧化物（LDH）基阳极。
最优化的含磷酸根插层的NiFe LDH阳极在2 W规模的碱性海水电解槽（ASWE）中，在1.0 A cm-2的高电流密度下稳定运行超过1000小时。
基础研究表明，插层在NiFe LDH中的阴离子的碱度（以pKa值表示）决定了其析氧反应（OER）活性和耐腐蚀性。高碱性阴离子（即磷酸根）可以牢固地锚定Fe位点，并促进质子转移，从而提高耐久性和活性。
值得注意的是，研究人员在1 kW规模的工业ASWE堆（阳极总面积为1081.2 cm2）中展示了NiFe阳极的概念验证。
该装置在大约2.0 V的电压下实现了0.5 A cm-2的稳定运行电流密度，是商业碱性纯水电解槽的2倍，从而使氢气生产成本降至1.96 kgH2-1美元，具有经济竞争力。
图1：海水利用的可行性分析
图2：NiFe LDH-[A]性能与插层阴离子的关系
图3：NiFe LDH-[A]阳极的海水电解性能
图4：阴离子与金属阳离子/质子的相互作用
图5：ASWE性能和经济可行性分析
综上，这篇论文研究了通过在NiFe层状双氢氧化物（LDH）基阳极中嵌入一系列阴离子，特别是磷酸根，来提高其在碱性海水电解中的耐腐蚀性和析氧反应（OER）活性。研究成功开发了一种在千瓦级碱性海水电解器（ASWE）中稳定运行超过1000小时的高性能NiFe LDH基阳极，显著降低了绿氢的生产成本，具有重要的工业应用前景。
该研究的成果在于提出了一种通过阴离子交换策略增强NiFe LDH基阳极耐腐蚀性和活性的新方法，这对于实现大规模、低成本的绿氢生产具有重要意义。这项技术有助于推动绿氢经济的竞争力，为实现2050年零碳目标提供了一种可行的技术路径。
Sun, X., Shen, W., Liu, H. et al. Corrosion-resistant NiFe anode towards kilowatt-scale alkaline seawater electrolysis. Nat. Commun., (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54754-5
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