深度观察网2025年08月31日 23:18消息，中国科学院突破电解水制氢技术瓶颈，MOFs电极实现规模化应用，推动绿色能源发展。
中国科学院近日宣布，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中的应用方面取得重要进展。据相关报道，该研究成果已于8月19日发表于《自然−化学工程》期刊。 这一突破为高效、低成本的绿色制氢技术提供了新的可能性。MOFs材料因其高比表面积和可调控的结构特性，在能源领域备受关注，而其规模化制备一直是制约实际应用的关键难题。此次研究的进展不仅推动了基础研究向产业应用的转化，也为实现碳中和目标提供了有力的技术支撑。
氢气作为一种重要的化学能源载体，因其高能量密度、零碳排放以及高效的转化能力，被广泛认为是未来最具发展潜力的清洁能源之一。电解水制氢作为实现“绿氢”经济、推动能源结构向清洁化转型的重要手段，其技术进步直接关系到氢能产业的发展进程。其中，开发高效、稳定且具备规模化应用潜力的电解水催化剂，是降低能耗与成本、突破产业化瓶颈的关键所在。 在当前全球加速能源转型的背景下，电解水制氢技术的突破不仅关乎能源结构的优化，也对实现碳中和目标具有重要意义。而催化剂的研发水平，正是决定这一技术能否大规模推广的核心因素。因此，持续加大在该领域的投入与创新，将是推动氢能产业迈向成熟的重要保障。
研究人员采用室温电沉积的规模化制备工艺，成功实现了在几分钟内合成400cm²大尺寸MOFs电极，并将其应用于碱性电解水系统中。该电极表现出极低的电解能耗，仅为4.11kWhNm−3H2，同时具备长达5000小时的稳定运行能力，展现出在绿色制氢领域的巨大潜力。 这一成果不仅标志着MOFs材料在大规模应用中的技术突破，也为降低氢能生产成本、推动可再生能源发展提供了有力支持。从技术角度看，分钟级的合成效率和优异的稳定性，为未来工业级电解水设备的推广奠定了坚实基础。
实验表明，该 MOFs 电极的优异性能源于铈（Ce）掺杂构建的双金属结构赋予的独特理化性质，即 Ce 的引入可通过 3d-2p-4f 轨道相互作用调控 Co 的电子结构，从而增强对关键含氧中间体的化学吸附，并显著加速阳极氧析出反应动力学。
与传统无机催化剂在高活性与规模化制备难以兼顾的局限不同，CoCe-MOFs 电极通过电子结构调控与快速规模化制备策略，实现了效率、稳定性及成本的协同突破。
该研究通过多维度的先进表征手段与理论计算，深入揭示了金属掺杂在电子结构、反应路径以及催化性能方面的分子级调控机制，同时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，为MOFs电催化剂的实际应用提供了坚实的理论基础。 我认为，这一研究成果不仅深化了对金属掺杂机制的理解，也为未来高性能电催化剂的设计与开发指明了方向。在当前推动绿色能源和可持续发展的背景下，这类研究具有重要的现实意义和应用价值。通过理论与实验的紧密结合，能够更有效地指导新型功能材料的研发，助力相关技术走向产业化。
下一步，研究人员将持续推进催化剂的工程化放大研究，进一步优化制备工艺与器件集成方案，以提升其在大规模绿氢生产中的应用潜力和实际效能。 看法观点：催化剂作为绿氢生产的关键技术之一，其工程化和规模化应用是实现低碳能源转型的重要环节。当前，技术突破与工艺优化并重，不仅有助于降低成本，还能提高整体系统的稳定性与效率。未来，随着研究的深入，绿氢有望在能源结构中占据更加重要的位置，为全球碳中和目标提供有力支撑。
