造纸厂废料或可带来更便宜的清洁能源

发表于《Biochar X》的研究报告称，这种催化剂在10 mA cm²的电流密度下过电位低至250 mV，且在高电流密度下运行时能保持超过50小时的高度稳定性。这些性能使其成为大规模水分解中常用贵金属催化剂的一种可行且低成本的替代品。

广东工业大学的通讯作者秦艳林表示：“析氧反应是高效制氢的最大障碍之一。我们的研究表明，利用木质素——一种造纸和生物炼制工业的低价值副产品——制成的催化剂具有高活性和优异的耐久性。这为大规模制氢提供了一条更环保、更经济的途径。”

将木质素转化为功能性碳框架

木质素是自然界中含量最丰富的聚合物之一，但通常仅被燃烧以获取少量能量。在这项研究中，团队通过静电纺丝和热处理技术将木质素转化为碳纤维。这些纤维充当了金属氧化物颗粒的导电和支撑框架。由此制成的催化剂名为NiO/Fe3O4@LCFs，其包含的氮掺杂碳纤维具有快速的电荷传输能力、高比表面积和强大的结构稳定性。

显微镜观察发现，镍和铁的氧化物在碳纤维结构中形成了纳米级的异质结。这个界面在析氧反应中起着核心作用，有助于中间分子以最佳速率结合和脱离。将这些金属氧化物与导电碳网络结合，不仅改善了电子的移动，还防止了颗粒团聚——这是传统贱金属催化剂中常见的问题。

通过先进测试验证活性

电化学测量显示，该材料的性能优于仅含单一金属的催化剂，尤其在实际电解系统所需的高电流条件下表现更出色。该催化剂的塔菲尔斜率为138 mV每十倍电流密度，说明反应进行得更快。原位拉曼光谱和密度泛函理论计算提供的额外证据支持了所提出的反应机制，证实这种设计的界面能有效驱动析氧反应。

利用广泛可得的生物质实现可规模化设计

共同通讯作者邱学青表示：“我们的目标是开发一种不仅性能良好，而且可规模化生产且基于可持续材料的催化剂。由于木质素在全球产量巨大，这种方法为更环保的工业制氢技术提供了一条切实可行的路径。”

研究结果强调了生物质衍生材料在能源转换应用中日益增长的价值。将可再生碳载体与精心设计的金属氧化物界面相结合，符合全球打造低成本、环保清洁能源技术的努力方向。

研究人员指出，这种方法可适用于不同的金属组合和催化反应，为基于丰富自然资源设计下一代电催化剂开辟了新的可能性。