近日，能源材料化学协同创新中心（iChEM）邓德会研究员、崔晓菊副研究员团队在室温电化学水气变换制备高纯氢气研究方面取得新进展。团队发现Pd与Cu的合金化能够显著提升阳极电化学CO的氧化活性，进而提高室温电化学水气变换制高纯氢的效率。相关研究成果以“Alloying Pd with Cu boosts hydrogen production via room-temperature electrochemical water-gas shift reaction”为题发表于Nano Energy, 2022, 102, 107704。

2019年，邓德会团队经过长期探索，结合电化学反应原理，将水气变换的氧化还原反应拆分为彼此分离的两个半反应，首次提出了一种能在常温常压下直接制备高纯氢气的室温电化学水气变换（RT-EWGS）概念（Nat. Commun., 2019, 10, 86）。反应中，CO在阳极发生氧化反应，生成的CO₂与电解质KOH进一步反应生成碳酸钾，避免了CO₂的排放；同时水在阴极直接被还原生成高纯氢气。然而，阳极CO氧化的反应动力学缓慢，极大影响了RT-EWGS的产氢效率，开发低成本、高效的阳极电催化剂以提高CO氧化反应活性对RT-EWGS产氢效率的提升具有重要意义，但这仍然是一个巨大的挑战。

该团队近期开发了一种碳纳米管负载的PdCu纳米颗粒（Pd_0.7Cu/CNTs）催化剂，通过将Pd和Cu合金化来提高阳极CO电化学氧化活性，进而提高RT-EWGS的产氢效率。当电位为0.3 V时，阳极电化学CO氧化的质量活性可达19.9 mA/mg_Pd，比碳纳米管负载的Pd纳米颗粒（Pd/CNTs）催化剂活性高出330倍以上。在0.2 V时，Pd_0.7Cu/CNTs催化剂质量活性比之前报道的Pt_2.7Cu催化剂高了近5倍，显著降低了贵金属的用量。结合DFT理论计算发现，PdCu合金催化剂在阳极CO氧化过程中，吸附的CO（CO*）更容易与吸附的OH（OH*）反应，而不是与溶液中的OH^-反应，Cu的引入使Pd对CO*吸附减弱，对OH*吸附增强，通过优化反应路径进而降低了RT-EWGS的过电位。该研究为RT-EWGS高效阳极催化剂的设计提供了新方向。

该工作是在邓德会研究员和崔晓菊副研究员指导下完成的。厦门大学化学化工学院博士研究生魏会方和大连化物所博士后刘欢为该工作共同第一作者。以上研究得到了国家自然科学基金项目、中国科学院战略性先导科技专项项目、中科院大连化物所创新研究基金项目和教育部能源材料化学协同创新中心（2011·iChEM）等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107704