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_科技资讯

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2025-08-31 21:21:15

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8 月 31 日消息，中国科学院宣布，国家纳米科学中心研究员赵慎龙团队在金属有机框架（MOFs）电极规模化制备及电解水应用方面取得突破。IT之家查询发现，相关研究成果已于 8 月 19 日发表在《自然−化学工程》上。

氢气作为一种重要的化学能源载体，凭借高能量密度、零碳排放及高转化效率等优势，被视为最具发展潜力的清洁能源之一。电解水制氢是实现“绿氢”经济、推动能源清洁转型的关键途径，而开发高效、稳定且具备规模化应用前景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技术核心。

▲ 钴铈金属有机框架电极结构及碱性电解水系统

研究人员通过室温电沉积规模化制备工艺，实现了分钟级快速合成 400cm2大尺寸 MOFs 电极，并将其应用于碱性电解水体系。该电极展现出低至 4.11kWh Nm−3 H2 的电解能耗，且能够实现长达 5000 小时的稳定运行。

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。

该研究通过多维度先进表征与理论计算，揭示了金属掺杂对电子结构、反应路径及催化性能的分子级调控机制，并构建了从材料微结构设计到宏观规模化制备的理论桥梁，为 MOFs 电催化剂实际应用提供了理论支撑。

下一步，研究人员将持续探索催化剂工程化放大研究，进一步优化制备工艺与器件集成方案，推动其在大规模绿氢生产中的实际应用。

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