近日，我校化学工程学院吉俊懿教授团队在碱性甲醇-水共电解催化剂研究中取得重要突破。该研究聚焦活性结构表面甲醇和OH^-的吸附动力学与吸附容量调控，实现了工业电流密度下甲醇氧化反应的高法拉第效率与稳定性，为共电解体系的研发提供重要理论支撑。相关研究成果以“Enhanced Adsorption Kinetics and Capacity of a Stable CeF₃@Ni₃N Heterostructure for Methanol Electro-Reforming Coupled with Hydrogen Production”为题，发表在《Angewandte Chemie International Edition》杂志上。四川大学博士生邓宽为第一作者，吉俊懿教授为通讯作者，四川大学为第一单位。

碱性甲醇-水共电解体系能够同步实现低能耗制氢和甲酸合成，为高效制氢协同高值化学品生产提供了极具前景的途径。但甲醇氧化反应的稳定性和选择性随电流密度的增大而降低，阻碍了甲醇-水共电解体系的实际工业应用前景。其中，反应前驱体甲醇和OH^-在活性物质表面的吸附动力学与吸附容量调控对大电流密度下甲醇氧化性能的影响较大。

该研究通过Ce元素的掺杂避免氮化过程阵列结构的坍塌，而F元素在反应中从Ni(OH)₂晶格内部缓慢迁出并生成CeF₃，构筑了均匀分布的纳米级晶粒与丰富的Ni₃N/CeF₃异质界面。通过CeF₃调节Ni₃N的电子分布，增强甲醇和OH^-在活性位表面的吸附动力学与吸附容量。与Ni₃N催化剂相比，CeF₃@Ni₃N催化剂表面Ni³⁺OOH的生成速率更加迅速，并且对甲醇和OH^-具有更快的吸附动力学和吸附容量，能够在表面反应消耗后实现快速补充，从而降低甲醇氧化反应的起始过电位、加速反应动力学，为大电流密度下甲醇氧化的高稳定性和高选择性提供了保障。在500 mA cm^-2的电流密度下循环72 h，能够维持较高的法拉第效率。此外，以CeF₃@Ni₃N催化剂为阴、阳极组装了流动型甲醇-水共电解装置，能在工业电流密度下长时间稳定运行，实现同步高效制氢和甲酸合成的目标。

这一发现不仅为电极表面反应物吸附行为的调控提供了新视野，也为甲醇氧化耦合电解水制氢的工业化应用提供了有价值的探索。该研究的成功得益于国家自然科学基金及四川省杰青等项目的资助，以及化工学院给予的长期支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202416763