导读
吉俊懿教授团队报道了一种具有优异甲醇氧化活性的CeF3@Ni3N复合材料
碱性甲醇-水共电解体系能够同步实现低能耗制氢和甲酸合成，为高效制氢协同高值化学品副产提供了极具前景的途径。但甲醇氧化反应的稳定性和选择性随电流密度的增大而降低，阻碍了甲醇-水共电解体系的实际工业应用前景。其中，反应前驱体甲醇和OH-在活性物质表面的吸附动力学与吸附容量对大电流密度下甲醇氧化性能的影响较大。近日，我校化工学院吉俊懿教授团队报道了一种具有优异甲醇氧化活性的CeF3@Ni3N复合材料，通过CeF3调节Ni3N的电子分布，增强甲醇和OH-在活性位表面的吸附动力学与吸附容量，在大电流密度下维持甲醇氧化反应良好的法拉第效率和稳定性。相关研究成果“Enhanced Adsorption Kinetics and Capacity of a Stable CeF3@Ni3N Heterostructure for Methanol Electro-Reforming Coupled with Hydrogen Production”发表在《Angewandte Chemie International Edition》上，四川大学博士生邓宽为第一作者，吉俊懿教授为通讯作者，四川大学化工学院为第一单位。
该工作为甲醇氧化耦合电解水制氢的工业化应用提供了有价值的探索与实践
研究通过Ce元素的掺杂避免了氮化过程阵列结构的坍塌，而F元素在反应过程中从Ni(OH)2晶格内部缓慢迁出并生成CeF3，构筑了均匀分布的纳米级晶粒与丰富的Ni3N和CeF3异质界面。通过系列测试发现，与Ni3N催化剂相比，CeF3@Ni3N催化剂表面Ni3+OOH的生成速率更加迅速，并且对甲醇和OH-具有更快的吸附动力学和吸附容量，能够在表面反应消耗后实现快速补充，从而降低甲醇氧化反应的起始过电位、加速反应动力学，为大电流密度下甲醇氧化的高稳定性和高选择性提供了保障。因此，在100~500 mA cm-2的电流密度下，CeF3@Ni3N催化剂具有优良的法拉第效率和稳定性。在500 mA cm-2的电流密度下循环72 h（每12 h更换电解液），能够维持较高的法拉第效率（＞90%）。与目前报道的甲醇氧化催化剂相比，具有更大的电流密度与更加优异的稳定性。由于CeF3@Ni3N电极具有优异的甲醇氧化和析氢性能，以CeF3@Ni3N催化剂为阴、阳极组装了流动型甲醇-水共电解装置，能在工业生产要求的电流密度（300 mA cm-2）下长时间稳定运行，实现同步高效制氢和甲酸合成的目标。该工作为甲醇氧化耦合电解水制氢的工业化应用提供了有价值的探索与实践。
