新闻网讯（通讯员资环）Nature Communications（《自然·通讯》）近日在线发表了武汉大学在熔盐电解低成本析氧阳极领域的最新研究成果。论文题目为“An iron-base oxygen-evolution electrode for high-temperature electrolyzers”(《高温电解体系铁基惰性析氧阳极》)。
资源与环境科学学院教授汪的华课题组博士后杜开发为论文第一作者，土木建筑工程学院副教授高恩来课题组博士生张春波承担了DFT计算工作，汪的华、资源与环境科学学院教授尹华意为论文通讯作者。
“双碳”目标下能源产业正加快向“清洁低碳+电气化”转变，电能驱动的高温熔盐电解技术在绿色低碳冶金和电能存储、二氧化碳资源化利用、乏燃料干法后处理领域因其快速的反应动力学而颇具发展潜力，但高温电解器中所必需的可在苛刻环境稳定服役的低成本析氧阳极是亟待解决的瓶颈，制约着高温电解碳中和技术的发展和应用。
图1. a金属阳离子的离子势及熔盐酸碱度与金属材料阳极行为的关系图，b金属氧化物溶解反应平衡常数与金属阳离子离子势关系图，c金属氧化物的生成及稳定电位区间图
汪的华与尹华意课题组通过十余年的努力，基于上千组实验测试和理论计算结果，揭示了“离子势-熔盐碱度-金属阳极行为”和“溶解反应平衡常数-离子势”依存关系，构建了金属稳定电位区间图，建立了熔盐电解体系惰性阳极选材原理和方法。在此基础上开发出一种具有LiFe5O8膜层的高性能铁基高温氧析出反应（HT-OER）催化电极，其在熔融碳酸盐电解体系中表现出优异的催化活性和稳定性。课题组进一步建立了抗氯离子侵蚀的碱性氧化膜自修复方法，创新性提出通过LiFe5O8的解离反应抑制Cl-对阳极的侵蚀的策略，设计的铁基电极可在熔融LiCl–Li2O中长时间稳定服役，为解决乏燃料干法后处理技术所需低成本阳极提供了可能。
图2. a-d FeNi36阳极的表征分析，e-g FeNi36阳极在LiCl-Li2O电解质体系中的析氧性能及服役稳定性
该研究为开发面向熔融盐电解槽(例如熔融碳酸盐、氯化盐)的低成本、长寿命HT-OER电极提供了范例，所建立的高温惰性阳极的设计原理和方法也可为极端条件下耐腐蚀金属材料的设计和腐蚀防护提供指导。
该项工作得到了国家自然科学基金（52031008，51874211，51325102，20873093）和武汉大学先进仪器测试平台的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-35904-7
（供图：资源与环境科学学院 编辑：相茹）
