電化學(xué)水分解產(chǎn)氫可以解決與全球變暖相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題并緩解能源危機(jī)。然而，由于陽(yáng)極析氧反應(yīng)(OER)的四電子轉(zhuǎn)移緩慢，該過(guò)程仍所需的高電位導(dǎo)致總耗電量大。使用低電位的醇氧化反應(yīng)(AOR)來(lái)代替OER可以降低電催化產(chǎn)H2的能耗，但是目前仍缺乏有效的催化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)有效穩(wěn)定催化醇氧化。基于此，清華大學(xué)段昊泓團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種羥基氧化鈷(CoOOH)納米片負(fù)載金納米粒子(Au/CoOOH)的協(xié)同催化劑，它能夠在高電流密度下進(jìn)行AOR。室溫(rt)下，Au/CoOOH在含有0.1 M苯甲醇的1 M KOH中，在1.3 V vs. RHE的電位下具有340 mA cm-2的電流密度；相應(yīng)的苯甲醇氧化速率和H2產(chǎn)率分別達(dá)到3.19 mmol cm-2 h-1和117.9 mL cm-2 h-1，比Au高26倍和28倍。此外，Au/CoOOH在1.5 V vs. RHE下的電流密度可進(jìn)一步達(dá)到540 mA cm-2。更重要的是，在雙電極無(wú)膜流動(dòng)電解槽中，絕對(duì)電流在2.0 V時(shí)可進(jìn)一步達(dá)到4.8 A，表明Au/CoOOH催化劑具有在工業(yè)條件下工作的潛力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與自旋極化密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，苯甲醇(以醇鹽形式)在Au/CoOOH界面富集，并被CoOOH上產(chǎn)生的親電子OH*氧化，反應(yīng)勢(shì)壘低，導(dǎo)致活性高于純Au。除了苯甲醇，Au/CoOOH還可以催化氧化其他具有α-π鍵的醇(包括具有的α-苯基、C=C和C=O基團(tuán)等的醇)，顯示出比Au高9~28倍的電流密度。此外，基于催化劑可以在陽(yáng)極電位/開(kāi)路條件下可逆地氧化/還原，研究人員開(kāi)發(fā)了一種用于長(zhǎng)期電氧化的間歇電位(IP)策略，在24小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)高電流密度(>250 mA cm-2)。與恒電位(CP)策略相比，該IP策略在300 mA cm-2下分別實(shí)現(xiàn)了10倍和9倍的苯甲醇氧化和H2產(chǎn)量增量，節(jié)省了33%的電能。Alcohols Electrooxidation Coupled with H2 Production at High Current Densities Promoted by A Cooperative Catalyst. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-021-27806-3
