近日，昆明理工大学材料科学与工程学院冯立纲教授团队在电催化研究方面取得新进展.
1. 昆明理工大学冯立纲联合湖南师范大学余芳、周海青及安庆师范大学张燕在甘油电解制氢方面取得关键进展，相关成果以“Built-in electric field engineering in Co2N0.67/CoP heterostructures for glycerol electrooxidation-assisted hydrogen production”为题发表于国际知名能源材料期刊Nature Communications。
该研究针对碱性条件下析氢反应（HER）和析氧反应（OER）动力学缓慢的问题，设计并制备了钴氮化物/磷化物异质结构催化剂，并创新性地以甘油氧化反应（GOR）替代OER，耦合HER进行整体电解。研究发现，该催化剂在HER中表现出优异的稳定性，在100 mA cm-2下持续运行44小时无明显衰减。对于GOR，通过原位光谱和理论计算揭示了其反应路径以甲酸为主要产物，并证实表面吸附的OH*物种在低电位下直接参与氧化过程。该工作不仅开发了一种高效稳定的双功能催化剂，而且通过GOR替代OER，在降低电解能耗的同时生产高附加值化学品，为可再生能源转换与生物质资源高值化利用提供了新策略。
通过简单的杂化策略，开发了一种成本低廉的钴氮化物/磷化物（Co2N0.67/CoP）异质结构催化剂。该设计利用两组分间功函数差异，在界面处构建了内置电场，有效调控了局域电子环境，优化了反应中间体（如H和OH）的吸附强度，从而协同提升了析氢反应和甘油氧化反应的双功能催化活性。用上述双功能催化剂构建了阴离子交换膜流动电解池。该系统在1.67 V的低槽电压下即可实现1 A cm-2的高电流密度产氢，并稳定运行超过260小时。此举不仅大幅降低了制氢能耗，还以高法拉第效率（>85%）在阳极持续生产高附加值甲酸盐，显著提升了电解制氢的经济性与安全性。
本研究得到了国家自然科学基等项目的资助。
2. 昆明理工大学冯立纲、王飞联合大连物化所许军元余芳、彭章泉在质子交换膜电解制氢方面取得关键进展，相关成果以“Stabilizing RuO2 in Acidic Oxygen Evolution via Controlled Lattice Oxygen Hydroxylation”为题发表于国际知名能源材料期刊ACS Catalysis。
质子交换膜水电解（PEMWE）是生产绿氢的关键技术，其阳极析氧反应（OER）的动力学缓慢，是制约整体效率的瓶颈。RuO2是目前酸性条件下活性最高的OER催化剂之一，其价格仅为IrO2的1/3-1/5。然而，RuO2在酸性氧化环境中的稳定性极差——高电位下易形成可溶性RuO4，导致催化剂快速失活。
针对上述挑战，该工作提出了一种晶格氧羟基化策略，通过简单调控熔盐热解温度，精确控制RuO2中羟基的含量，从而显著提升其酸性OER稳定性。通过调节熔盐热解温度（300-600℃）即可精确控制羟基含量，无需复杂合成或昂贵掺杂剂。RuO2-400的过电位仅245 mV且在10 mA cm-2下稳定运行1200小时，是目前报道的Ru基催化剂中最优水平之一。同时，该工作首次建立羟基含量与稳定性之间的火山型依赖关系，为优化Ru基催化剂提供了定量指导。
本研究得到了国家自然科学基等项目的资助。
3. 昆明理工大学冯立纲联合中国科学院苏州纳米所周小春、田彬在阳离子交换膜电解制氢方面取得关键进展，相关成果以“Ordered Armor Engineering Enabling Ten-Ampere-Level Performance for Anion ExchangeMembrane Water Electrolyzers under an Ultrathin Membrane”为题发表于国际知名能源材料期刊ACS Nano。
阴离子交换膜水电解（AEMWE）结合了碱性体系的低成本优势和质子交换膜水电解的操作灵活性，是极具潜力的绿色制氢技术，但其工业化应用仍受限于关键的结构和界面问题。AEMWE 为气 - 液 - 固三相反应，催化层（CL）结构完整性和膜电极组件（MEA）传质效率决定其核心性能和长期稳定性。传统阳极多孔传输层（PTL）采用的镍泡沫虽具备耐腐蚀性和多孔性，但表面粗糙度高，与催化层界面接触差，面内接触电阻剧增甚至会刺穿膜体；高电流密度下，催化层与膜的粘附性差导致三相界面无序，气泡滞留不仅破坏催化层结构，还会遮蔽活性位点，大幅降低有效反应面积。有序阵列 MEA 虽能提升电化学活性表面积、改善传质，但运行中结构稳定性差，三维设计扩大的反应空间会减少接触面积、弱化界面结合力，还会扩大气体滞留区，导致反应效率和稳定性下降。
针对上述挑战，该工作提出一种具有稳定 “瓶颈” 结构的有序增强铠装膜电极组件（En-Armored MEA），该组件通过将压缩调谐金属网作为铠装层与三维有序阵列膜集成构建而成。与传统膜电极组件相比，这种致密的封装结构从三方面显著提升了组件性能：其一，电化学活性表面积（ECSA）提升至原来的 4.5 倍；其二，面内电阻降低 77.5%；其三，通过引导气泡释放优化了传质过程。由此，En-Armored MEA 在 2.0 V、80℃、1 mol/L KOH 的条件下，电流密度提升 522%，达到 15.83±0.30 A/cm² 的十安培级性能，且在 1.5 A/cm² 的电流密度下可稳定运行 1000 h 无性能衰减。值得注意的是，高度互锁的 “瓶颈” 结构使其可在低至 4 μm 的超薄膜下稳定工作，而传统膜电极组件在膜厚低于 15 μm 时，会因镍泡沫刺穿膜体发生短路并出现严重的氢交叉渗透。本研究提出了一种创新的膜电极组件工程策略，将 “瓶颈” 与铠装结构相结合，大幅提升了阴离子交换膜水电解槽及其他膜基电化学能源器件的性能、催化层稳定性和膜完整性。
本研究得到了国家自然科学基等项目的资助。
论文1链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-70731-6
论文2链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.5c08110
论文3链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.5c18504
