華東理工大學(xué)物理系青年教師張波在加拿大多倫多大學(xué)做博士后期間，在電催化分解水研究領(lǐng)域取得突破，相關(guān)成果近日發(fā)表于《科學(xué)》。該項(xiàng)研究由多倫多大學(xué)、華東理工大學(xué)、斯坦福大學(xué)、中科院高能物理研究所北京同步輻射中心、加拿大光源、美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室等單位研究者合作完成。

電解水技術(shù)被認(rèn)為是存儲太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等間歇式電能的關(guān)鍵技術(shù)，包括陰極析氫(HER)和陽極產(chǎn)氧(OER)兩個半反應(yīng)。其中產(chǎn)氧反應(yīng)由于存在多種高能量的中間態(tài)，在無外加能量或無外加明顯過電位的情況下，這一復(fù)雜的多步多電子反應(yīng)將很難發(fā)生，即使采用高活性的貴金屬催化劑，仍需很高的電壓驅(qū)動電解水反應(yīng)，且能源轉(zhuǎn)換效率偏低。

研究人員發(fā)展了一種室溫下溶膠—凝膠合成方法，突破了由于不同金屬氧化物晶格不匹配而導(dǎo)致相分離的障礙，最終使催化劑材料保持了Fe、Co和W多金屬氧化物/氫氧化物的原子尺度上的均相分散性，極大地提升了不同金屬原子間的相互作用，最終實(shí)現(xiàn)了三大突破：產(chǎn)氧電催化劑性能的大幅提升，本征質(zhì)量比活性和TOFs為目前已報(bào)道最優(yōu)催化劑材料的3倍多，電能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化效率由70%提高到80%以上。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，該工作發(fā)展的材料制備技術(shù)解決了多元金屬氧化物相分離的技術(shù)難題，開辟了一條推動能源轉(zhuǎn)換與存儲領(lǐng)域快速發(fā)展的新通道。