2025年8月4日，高等研究院赵伟研究员课题组联合南京工业大学曾丰教授、新加坡南洋理工大学武斌、德国亚琛工业大学Regina Palkovits教授、成都大学李树龙等，在电催化乙醇电氧化（EOR）领域取得突破性进展。相关研究成果以“Metallic Ni as Electron Acceptor Modulates the Redox of Catalytic Centers at Activated Ni⁰/Ni(OH)₂ Heterojunctions for Efficient Ethanol Electrooxidation”为题，发表于自然指数期刊《Angewandte Chemie International Edition》。赵伟研究员为通讯作者，深圳大学为参与完成单位。

在碱性水电解中，阳极析氧反应（OER）动力学缓慢，极大地制约了整体能效。通过“乙醇辅助电解水”策略，将阳极OER替换为乙醇氧化反应（EOR），不仅能显著降低能耗，还可同时获得高附加值的化学品，如乙酸、乙醛等。传统Ni基催化剂存在导电性差、反应路径受限等问题，亟需开发新型高活性材料。对此，研究团队通过调控电沉积过程中碳纸电极的亲/疏水性，实现了Ni⁰与Ni(OH)₂共存的异质结构电极（记作ED-MHO@CP-a），该异质结构电极在1 M KOH + 1 M 乙醇溶液中展现出优异的EOR性能：在1.37 V vs. RHE电位下电流密度高达573.7 mA·cm⁻²，是传统Ni(OH)₂电极的191倍，远超多数无贵金属Ni基催化剂。经济性分析显示，该体系的收益/成本比高达1.07，显著优于传统水电解（0.60）。机理研究表明，Ni⁰作为电子受体，有效促进Ni²⁺ → Ni³⁺的氧化过程，从而提升EOR动力学。DFT计算显示，Ni⁰与Ni(OH)₂之间存在电子转移与态密度耦合，降低NiOOH中间体生成的能垒（降低4.82 kJ·mol⁻¹），并有助于乙醛向乙酸的进一步氧化。在非电化学条件下，Ni³⁺能自发被乙醇还原，Ni⁰的存在增强了Ni²⁺/Ni³⁺循环，有效促进乙醇的高效转化。此外，该研究还构建了基于ED-MHO@CP-a的乙醇辅助制氢体系，使用商用太阳能板驱动时可达到14.4%的太阳能转氢效率，显著高于多数传统电解体系。

该研究得到了广东省基础与应用基础研究基金等项目支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202510285

图1. 通过电沉积过程中的亲水-疏水表面调控形成的Ni⁰/Ni²⁺异质结构，增强Ni²⁺ ⇔ Ni³⁺的价态转换，降低乙醛氧化的动力学势垒，并提升乙醇转化乙酸盐的效率