近日，王磊教授团队在电催化高值转化废弃物转化及电解海水制氢催化剂方向取得系列突破，两项研究成果分别以“Industrial electrocatalytic C–C coupling reaction of C₁ liquid molecules for efficient ethanol synthesis”和“Design of Asymmetric Electronic Spring for Stabilizing Selective Seawater Oxidation”为题发表在国际权威期刊National Science Review上（中科院一区，影响因子：17.1），得到了国内外同行的广泛关注。

针对传统气态C₁原料（如CO₂、CO、CH₄）在电催化C-C偶联反应中难以同时实现高电流密度与高选择性的技术挑战，王磊教授研究团队创新性地提出以液态甲酸为碳源，通过构筑碳纳米管负载的PdCu合金电催化剂（PdCu/CNT），成功实现了高效、稳定的乙醇电合成（图1）。该催化剂在500 mA cm^-2的工业级电流密度下，乙醇法拉第效率高达84.68%，生成速率达到1970.1 μmol h^-1 cm^-2，综合性能显著优于传统气态C₁原料电催化体系。原位光谱与理论计算揭示，原位生成的PdH_x位点通过晶格氢将亲电的*HCOO中间体转化为亲核的*C(OH)₂，而相邻的Cu位点则促进二者的不对称偶联，形成独特的C–C键构筑路径。在阴离子交换膜电解器中，PdCu/CNT催化剂在800 mA cm^-2的电流密度下稳定运行120小时。同时，技术经济分析证明该体系电合成乙醇的成本远低于当前市场最低价，展现出显著的工业经济性与盈利潜力。该研究突破了传统气态C₁分子在电催化偶联反应中的传质与动力学限制，为液相小分子直接转化为高附加值多碳产物开辟了新路径，对可持续燃料生产和碳循环具有重要推动作用Natl Sci Rev, 2026, Vol. 13, nwag220。

图1 传统气态C₁与新型液态C₁原料之间电催化C–C耦合路径的对比示意图

作为可持续能源领域的重要研究方向，海水电解制氢仍存在两大技术瓶颈：氯离子于阳极氧化产生活性氯组分，加速电极腐蚀；同时高电位环境易使催化剂过氧化，致使活性位点失活。受弹簧弹性特性启发，团队设计了Cr₂O₃-NiFeOOH催化剂，通过Cr-O-Ni不对称键作为动态“电子弹簧”，在析氧反应过程中动态调节Ni活性位点的氧化态：在低电位下促进Ni转化为活性β相，高电位下，通过Cr向Ni的电子反向调节使Ni的氧化态稳定在+3.18，有效防止了氧化的失控上升（图2）。同时，高价Cr作为Lewis酸可增强OH^-吸附，静电排斥Cl^-，实现高效稳定的海水电解。该催化剂在碱性海水中1.60 V下达到1.0 A cm^-2，稳定性超过500小时，为海水电解制氢提供了新策略Natl Sci Rev, 2026, Vol. 13, nwag091。

图2 Cr-O-Ni键的动态电子调控机制

 通讯作者分别为青岛科技大学王磊教授、赖建平教授和青岛科技大学王磊教授、迟京起副教授、刘晓斌副教授及新疆大学粟智教授，青岛科技大学均为第一通讯单位。以上研究得到了国家自然科学基金、泰山学者人才计划、山东省高校青年创新团队、山东省自然科学基金、青岛自然科学发展基金等等项目资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag220

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag091