來源：《中國科學(xué)報》第1版 要聞
發(fā)布時間：2025-03-13
雙級“鎧甲”整體式電極示意圖。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所供圖
本報訊（記者孫丹寧）中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員鄧德會、副研究員崔曉菊團(tuán)隊(duì)，在硫化氫電催化分解制備氫氣研究中取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)開發(fā)出具有雙級“鎧甲”結(jié)構(gòu)的整體式電極，實(shí)現(xiàn)了在工業(yè)安培級電流密度下高效分解硫化氫制備氫氣和單質(zhì)硫。近日，相關(guān)成果發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。
硫化氫是一種常見的有毒氣體，廣泛存在于天然氣、煉油廠和化工過程中，不僅危害環(huán)境，還對設(shè)備具有腐蝕性。傳統(tǒng)的克勞斯工藝雖能將硫化氫轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，但無法實(shí)現(xiàn)氫氣的回收利用。相比之下，電催化分解技術(shù)能夠在溫和條件下同時實(shí)現(xiàn)硫化氫污染物的消除和綠色氫氣的制備。然而，硫化氫的酸腐蝕性易導(dǎo)致非貴金屬催化活性中心在陽極氧化反應(yīng)中失活，電極骨架也容易發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌，使得催化劑的活性與穩(wěn)定性難以兼顧，這一問題在工業(yè)級大電流密度反應(yīng)條件下尤為突出。因此，開發(fā)兼具高催化活性、優(yōu)異結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性且易于規(guī)?；苽涞碾姌O材料，以實(shí)現(xiàn)高通量硫化氫電催化分解制氫，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。
鄧德會團(tuán)隊(duì)長期致力于二維材料表界面調(diào)控及其在能源與環(huán)境小分子催化轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用研究，在國際上提出“鎧甲催化”概念，并在“鎧甲”催化劑結(jié)構(gòu)設(shè)計和催化性能調(diào)控方面開展了系統(tǒng)的研究工作。
在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開發(fā)出石墨烯封裝泡沫鎳骨架的雙級“鎧甲”整體式電極。該電極的一級“鎧甲”結(jié)構(gòu)由石墨烯包覆泡沫鎳骨架構(gòu)成，二級“鎧甲”結(jié)構(gòu)則由石墨烯封裝金屬鎳納米顆粒形成。這種獨(dú)特的雙級“鎧甲”結(jié)構(gòu)不僅充分發(fā)揮了石墨烯封裝對活性位點(diǎn)的保護(hù)作用，而且通過金屬中心對石墨烯的電子調(diào)控作用，進(jìn)一步優(yōu)化了石墨烯“鎧甲”表面的催化活性。此外，該結(jié)構(gòu)顯著增強(qiáng)了整體式電極的化學(xué)穩(wěn)定性，從而在電催化硫化氫分解反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)了催化活性與穩(wěn)定性的雙重提升。在模擬天然氣脫硫?qū)嶒?yàn)中，該雙級“鎧甲”整體式電極在陽極能實(shí)現(xiàn)20%濃度硫化氫的完全氧化去除，獲得單質(zhì)硫的同時在陰極獲得高純氫氣。
該研究為工業(yè)廢氣中硫化氫污染物的資源化利用和綠色氫能源的可持續(xù)制備提供了新思路。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202502032
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