宁波工程学院新能源学院碳中和实验室联合东华大学、上海国际航运研究中心在材料科学领域的顶级期刊《Advanced Energy Materials》上发表了展望文章，题为“Scaling Up Stability: Navigating from Lab Insights to Robust Oxygen Evolution Electrocatalysts for Industrial Water Electrolysis”。该文章系统梳理了氧析出反应（OER）电催化剂从实验室研究向工业化应用转化过程中的关键挑战，并提出了提升催化剂稳定性和降低成本的创新策略。这一研究为氢能产业的进一步发展提供了清晰的技术路径。

催化剂稳定性：工业化的关键瓶颈

电解水是实现大规模绿色氢气生产的核心技术。然而，电解水的效率严重依赖于氧析出反应（OER）中的电催化剂。尽管现有催化剂在实验室中展现出较高的催化活性，但其在工业条件下表现出的稳定性往往不足。在工业规模的水电解系统中，催化剂需要在长时间运行和高电流密度的苛刻条件下保持其活性和结构完整性。文章指出，催化剂的稳定性问题不仅限制了其在工业应用中的使用寿命，也影响了整个氢能产业的成本效益，已成为制约大规模氢气生产的主要障碍。

实验室研究与工业应用之间的鸿沟

文章提出，实验室开发的催化剂在高活性条件下往往无法维持其在工业环境下的稳定性，特别是在长期操作和复杂工况下容易失效。现有的实验室测试方法通常只能评估催化剂的短期性能，无法反映其在实际工业条件中的表现。研究团队认为，未来的研究需要发展更符合工业操作的测试方法，模拟大规模电解水设备中的高电流、长时间工作环境，以更好地预测催化剂的长期表现。这种方法将有助于缩小实验室研究与工业应用之间的差距。

自愈机制与催化剂结构优化的创新策略

文章探讨了通过引入自愈机制和结构优化技术来提高催化剂的耐久性。自愈机制的关键在于，使催化剂在反应过程中能够自动修复微观结构损伤，减少金属流失，从而延长催化剂的使用寿命。研究团队通过调整催化剂表面原子结构，设计出能够通过催化剂表面金属原子自我沉积、再生的材料，有效减缓了因金属溶解导致的催化剂失效问题。这一创新不仅在实验室测试中表现出显著的稳定性提升，也为工业环境中催化剂的长时间运行提供了可行方案。

此外，团队提出了催化剂结构优化策略，即通过精细调控贵金属与过渡金属结合的复合结构，进一步增强催化剂在严苛条件下的抗腐蚀性能和电化学稳定性。这种复合催化剂的表面经过特定设计，使其在高电流密度下仍能保持较低的过电位，并且长期运行中不会出现明显的金属流失或结构崩解现象。

成本与性能的平衡：工业应用的现实需求

尽管贵金属催化剂（如铱基催化剂）在稳定性方面表现优异，但其高昂的成本限制了大规模的推广应用。文章特别强调，未来电催化剂的开发需要在成本与性能之间找到平衡。研究团队建议，降低催化剂成本的有效途径包括使用廉价、丰富的过渡金属材料，通过材料优化设计实现接近贵金属催化剂的稳定性和活性表现。这样的策略能够有效降低电解水制氢的成本，使其更具经济可行性，推动氢能在工业中的大规模应用。

未来研究展望与跨学科合作

研究团队建议进一步研究自愈机制的优化，以提高催化剂的自我修复能力；同时，探索新材料和新结构的设计，提升催化剂的稳定性和耐用性。此外，作者呼吁加强材料科学、化学工程和工业工程的跨学科合作，以加速从实验室研究到工业应用的转化。这种合作将推动更多电解水催化剂在氢能生产中的大规模应用，帮助降低氢气生产成本，助力全球碳中和目标的实现。

关于宁波工程学院新能源学院碳中和实验室

该论文的第一署名单位宁波工程学院新能源学院碳中和实验室作为国内新能源领域的前沿研究机构，专注于绿色能源技术和可持续发展解决方案的创新研究。实验室围绕国家“双碳”战略，布局了涵盖电催化、二氧化碳捕集利用、金属电积等多个核心领域。通过坚持“产学研”一体化的发展模式，实验室与国内外知名研究机构及企业建立了紧密的合作关系，持续推动能源技术的革新与应用。未来，碳中和实验室将继续聚焦新能源技术的前沿发展，推动能源系统工程技术的进一步突破，为全球绿色能源发展贡献力量。

论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202402886。