吳英鵬教授課題組在液态金屬電催化系統領域取得新進展

近日，2003网站太阳集团吳英鵬教授課題組開發出一種在液态金屬中由電流體動力學調控的納米催化劑制備方法，并以此構建了基于液态金屬負載的自修複電催化系統。該成果以“A self-healing electrocatalytic system via electrohydrodynamics induced evolution in liquid metal”為題發表在國際期刊《Nature Communications》上。

電催化作為一種清潔能源的低碳轉化技術，通過将可再生電能轉化為化學能，可實現綠色、高效的化學品合成。電催化的核心是電極/電催化的設計，傳統的催化劑負載于固态導電基底上，以此來實現電荷傳遞及催化轉化。而在長時間的使用過程中，電極失活不可避免，因此開發可自修複型電極具有重要意義。

該團隊通過以液态金屬為分散劑，利用電場誘導納米催化劑發生可控演化，制備了新型铋劑液态金屬電極，并展示了其在電催化二氧化碳還原領域應用。當铋催化劑因長時間工作而發生失活時，通過原位電化學重構手段實現了催化劑失活後的自修複過程。

液态金屬自修複電極的結構表征及自修複。

研究發現将氧化铋前驅體通過可控氧化策略分散在液态金屬中時，在電場作用下，氧化铋形成高分散的單原子态，并最終在液态金屬内發生原子重排和電化學偏析。進一步研究發現，液态金屬的表面能與金屬铋的成核有重要聯系，電場可以對其實現精确調控。作者研究了不同電位模式施加時，析出铋納米催化劑結構、形貌的轉變。同時将演化完成的液态金屬系統集成于3D打印的電解槽中，展示了電催化二氧化碳還原的應用。當該電極在長時間工作後，晶體铋催化劑中出現了碳酸氧铋物相結構，導緻催化劑失活。在傳統基底負載的催化電極上，由相變引發的失活通常較難解決。而作者通過将催化劑重新引入液态金屬體相内，并通過負電位再生，實現了催化劑的原位修複過程。

該工作開發了電化學可控制備納米催化劑的方法，克服了傳統電催化/電合成電極在失活後難以修複的問題，同時也為新型的液态金屬電催化電極提供良好指導。吳英鵬教授為論文通訊作者，2003网站太阳集团為通訊單位。博士研究生侯屹峰為文章第一作者。該工作得到了國家自然科學基金和2003网站太阳集团科研啟動經費等項目的支持。