一、研究背景：AEM电解水的「阴极寿命困局」
阴离子交换膜（AEM）电解水技术兼具碱性电解槽的低成本与PEM电解槽的高效率，被视为下一代绿氢制备技术的有力候选。然而，其工程化最大的拦路虎之一，是缺乏既便宜又耐用的阴极析氢（HER）催化剂——传统方案要么依赖昂贵的铂族金属，要么在大电流、强碱性、剧烈析气工况下迅速失活。
在安培级电流密度下，氢气泡像「微型炸弹」般持续冲刷催化层，导致活性组分脱落；同时碱性介质对过渡金属存在持续腐蚀，使催化剂快速溶解。因此，如何在不牺牲活性的前提下实现万小时级超长寿命，成为全球团队攻坚的焦点，也是对 AEM电解水测试台 长周期稳定性测试能力的直接考验。
二、材料设计：「包饺子」式核壳封装策略
孙立成团队另辟蹊径，采用一种低温异相成核（仅 50℃）结合高温退火（500℃）的简便工艺：先在泡沫镍基底上生长含镍、钼的前驱体晶体，退火过程中前驱体释放水分子，在材料内部「吹」出丰富的介孔通道，同时促使镍原子被「困」在 MoO₂ 基体中，形成镍核—MoO₂ 壳的核壳包覆结构，宛如把镍纳米颗粒「包」进多孔的饺子皮里。
- 🔒 强锚定：镍颗粒被致密的 MoO₂ 牢牢包裹，避免被高速析出的氢气泡冲刷剥离。
- 🌀 快传质：贯通内外的介孔网络让反应物与产物气泡快速进出，缓解局部浓差极化。
- 🛡️ 抗腐蚀：MoO₂ 外壳隔绝碱性介质对内部镍的氧化溶解，维持长期本征活性。
三、性能对比：25000 小时 vs 传统镍基阴极
该封装结构带来了数量级的性能跃升。以下为新型核壳阴极与常规镍基阴极的关键指标对比：
| 性能指标 | 介孔MoO₂封装镍（本研究） | 常规泡沫镍阴极 | 美国DOE 2026目标 |
|---|---|---|---|
| 1000 mA/cm² 连续运行 | >25000 小时 | 数百至数千小时 | — |
| AEM电解槽 @2.0 V 电流密度 | 10.2 A/cm² | 远低于此 | 显著低于此 |
| 衰减速率 | 几乎可忽略 | 明显衰减 | 低衰减 |
| 贵金属用量 | 零铂零铱 | 零贵金属 | 降低贵金属依赖 |
| 核心合成温度 | 低温成核 + 500℃退火 | — | — |
尤为值得关注的是，该催化剂完全不依赖铂、铱等贵金属，仅以镍、钼等丰产元素构成，在成本与资源安全层面具备显著优势。对于 MEA膜电极制备产线 与 催化剂浆料制备 工艺而言，这意味着非贵金属阴极电极有望从「实验室新奇」走向可批量、可放大的工业方案。
四、机理洞察：介孔限域如何锁住活性
团队通过原位红外、X射线吸收谱与力学测试等手段，揭示了核壳结构的稳定性根源：
- 🧪 限域效应：MoO₂ 介孔骨架对镍纳米颗粒形成几何与电子双重限域，抑制其团聚与溶出。
- 🧪 界面缓冲：核壳界面充当「弹簧」，缓冲氢气泡脱离时的机械冲击，保护催化层完整性。
- 🧪 亲水-透气协同：介孔结构兼顾电解液浸润与气泡快速脱离，从流体力学层面延长电极寿命。
西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心（CAP）孙立成院士表示：「让电解槽像家电一样稳定运行数年，是绿氢产业化的核心瓶颈。我们证明，通过巧妙的材料结构设计，廉价的丰产元素同样可以扛起工业级长寿命的大旗。」（来源：Nature Catalysis 论文及西湖大学相关报道）
五、对氢能测试设备的启示
25000 小时的超长寿命数据，对氢能测试设备行业提出了全新要求，也为相关设备厂商指明了升级方向：
- ⚙️ 万小时级自动测试：AEM电解水测试台 需具备无人值守、μV 级在线电压监测与自动故障诊断能力，才能验证新一代长寿命阴极。
- ⚙️ 膜电极全流程协同：阴极催化层的浆料配制、超声喷涂成膜与 平板热压机 封装工艺，需与 超声分散机、超声喷涂机、精密裁切机 联动优化。
- ⚙️ 夹具与耗材配套：电解槽测试夹具 与 膜电极测试夹具 须支持安培级大电流下的差压控制与阴阳极独立电位监测，匹配工业级验证场景。
合肥博格达氢能科技有限公司自主研发的 AEM电解水测试台 支持宽电流密度扫描、EIS 在线阻抗分析与长周期稳定性自动测试，MEA膜电极制备产线 覆盖研磨、分散、喷涂、裁切、热压全工序，电解槽测试夹具 与 膜电极测试夹具 支持阴阳极独立供料与差压控制，已为高校与科研机构提供非贵金属电极验证的整体设备支撑。
（本文基于公开科研进展整理。）
