氢气是最清洁的能源之一，创新制氢技术有利于推动实现“双碳”目标。近日，哈工程物理与光电工程学院陈玉金教授团队，以基础理论研究和原始创新推动新质生产力发展研发的一种新型制氢器件，为绿色制造氢燃料和高附加值化学品提供了更为高效的方法。

该研究成果以“调控金属有机框架d带中心实现高效甘油氧化耦合制氢”（“Regulation of the d-band center of metal–organic frameworks for energy-saving hydrogen generation coupled with selective glycerol oxidation”）为题发表在国际顶级学术期刊《美国科学院院报》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS)上，详细阐述了催化剂电极的反应路径与催化机制，为甘油电化学氧化耦合制氢双功能催化剂的深入研发提供了理论基础。

论文的第一作者为哈工程物理与光电工程学院2020级博士研究生何玉倩，物理与光电工程学院青年教师闫峰为第一通讯作者，物理与光电工程学院陈玉金教授、材料科学与化学工程学院朱春玲教授和温州大学侴术雷教授为共同通讯作者，哈尔滨工程大学为第一单位。

电解水制氢（阴极产氢气，阳极产氧气）属于绿色制氢技术，但采用传统技术阳极氧气析出反应效率缓慢，阻碍了该技术的工业化应用。哈工程科研团队发现，若以甘油电化学氧化代替氧气析出反应制氢，不仅可以突破氧气析出反应缓慢的限制，而且可以生产高附加值产品如甲酸盐等。因此，开发一种性能优异的甘油电化学氧化和氢析出反应双功能催化剂是实现高效电解制氢的关键。

在制备催化剂的过程中，陈玉金教授团队逐一攻克了催化剂材料的活性易受多种因素影响、结构稳定性较差，造成的催化剂电导率不高和活性不足等难题， 从材料结构设计入手，制备了含有原子级分散的金属掺杂纳米阵列催化剂，使不同组分间的电子相互作用增强，显著提高了催化剂的甘油电化学氧化和氢析出反应活性。

经过反复实验，何玉倩在陈玉金教授、闫峰老师的指导下，成功制备出具有优异电化学性能的催化剂。同时，该成果中催化剂的制备方法具有通用性，多种金属采用该方法均可适用于甘油电氧化辅助制氢。该技术可以有效降低电能消耗，提升整体反应速率，且可得到高附加值产品，为我国绿色氢能源的高效开发提供了一种崭新的策略，为构建清洁低碳安全高效的能源体系，助力实现“碳达峰、碳中和”的战略目标提供了技术支撑。

▲MCu-CAT的合成过程、微观结构以及应用示意图

陈玉金教授团队多年来面向绿色新能源领域，深耕基础科研，在新能源纳米材料构建、性能评价及反应机制等方面开展系统研究，取得一系列创新成果。

《美国科学院院报》是美国国家科学院的院刊，发表具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻、学术论文以及美国国家科学学会学术动态报道。PNAS自1914年创刊，已有百年历史，也是公认的世界四大名刊（Nature，Science，PNAS，Cell）之一。

论文链接：

https://www.pnas.org/doi/suppl/10.1073/pnas.2320777121