先锋视界2025年09月01日 00:16消息，中国科学院实现MOFs电极新突破，显著提升电解水制氢效率，推动氢能规模化应用迈入新阶段。
8 月 31 日消息，中国科学院发布最新科研进展，国家纳米科学中心研究员赵慎龙团队在金属有机框架（MOFs）电极的规模化制备及其在电解水制氢领域的应用上取得重要突破。相关成果已于 8 月 19 日正式发表于国际权威期刊《自然−化学工程》，标志着我国在绿色氢能关键材料研发方面迈出了实质性一步。
在全球能源结构加速向低碳化转型的背景下，氢气因其高能量密度、零碳排放和高效转化特性，被视为未来最具潜力的清洁能源载体之一。而通过可再生能源驱动的电解水技术制取“绿氢”，正是实现碳中和目标的重要路径。然而，长期以来，高效、稳定且可大规模应用的电解水催化剂仍是制约绿氢产业化的关键技术瓶颈。赵慎龙团队的研究，正是瞄准这一核心难题展开攻关。
此次突破的关键在于，研究团队创新性地采用室温电沉积技术，成功实现了仅需几分钟即可合成面积达 400cm² 的大尺寸 MOFs 电极。这种快速、可控的规模化制备工艺，彻底改变了传统催化剂依赖高温高压或复杂流程的局限。更令人振奋的是，该 CoCe-MOFs 电极在碱性电解水体系中表现出卓越性能：电解能耗低至 4.11kWh Nm⁻³ H₂，接近商业化应用的理想水平，并实现了长达 5000 小时的连续稳定运行，充分展现了其工业应用潜力。
实验分析表明，性能的显著提升源于铈（Ce）元素的掺杂所构建的双金属结构。Ce 的引入通过 3d-2p-4f 轨道间的电子相互作用，有效调控了钴（Co）中心的电子结构，增强了对氧析出反应中关键含氧中间体的化学吸附能力，从而大幅加快反应动力学。这一发现不仅揭示了金属掺杂对催化活性的微观调控机制，也为后续高性能催化剂的设计提供了清晰的理论指引。
值得注意的是，传统无机催化剂往往面临高活性与可扩展性难以兼顾的困境——要么性能优异但难以量产，要么易于制备却效率不足。而此次开发的 CoCe-MOFs 电极，通过精准的电子结构调控与简化的室温制备工艺，成功实现了高效率、长寿命与低成本的“三重突破”，这在电催化领域具有里程碑意义。可以说，这项研究打破了人们对 MOFs 材料“只适合实验室、难落地”的固有印象，真正推动其从基础研究走向工程应用。
更为深远的是，研究团队结合多种先进表征手段与理论计算，系统揭示了金属掺杂如何从分子层面影响反应路径与催化性能，构建了从材料微结构设计到宏观规模化制备之间的理论桥梁。这种“自下而上”的研究范式，不仅提升了我们对催化本质的理解，也为其他功能型 MOFs 材料的开发提供了可复制的方法论参考。
展望未来，研究团队表示将聚焦催化剂的工程化放大与器件集成优化，进一步提升制备一致性与系统兼容性，推动该技术在大规模绿氢生产中的实际部署。在当前全球竞相布局氢能产业的背景下，这项由中国科学家主导的原创性成果，不仅增强了我国在绿色制氢核心技术领域的自主可控能力，也为中国实现能源转型和碳中和目标注入了新的科技动能。可以预见，随着此类高效催化剂的不断突破，绿氢经济的商业化大门正加速开启。
