由于缓慢的析氧反应（OER），水电解制氢的广泛应用受到其高电压需求和低能量转换效率的限制。受到液相储氢分子（如NaBH422、NH3BH3和HCOOH）产生H2的进展的启发，这些分子能够在热催化条件下释放H2。在这些液态有机储氢分子中，甲醛（HCHO）特别吸引人，因为部分HCHO氧化（FOR）生成甲酸盐也能够在热力学电势非常小的阳极释放H2。此外，六氯环己烷是一种低成本的化学原料，年产量巨大，而其氧化产物甲酸盐（以及后来的甲酸）是一种更有价值的化学品。最后，如果废水污染物中的有毒甲醛残留物可以用作原料，则将FOR与HER耦合用于H2生产也可以提供环境效益。尽管在一些单金属电极上已经报道了HCHO的电化学氧化产生H2，但将其与水还原结合以在阳极和阴极同时产生H2的研究仍然较少。美国辛辛那提大学Yujie Sun教授和加州大学河滨分校Yujie Sun教授报告了一种使用Cu3Ag7电催化剂，在碱性条件下用热力学更有利的反应（甲醛部分氧化为甲酸盐）取代OER的策略。该策略不仅产生比O2更有价值的阳极产物，而且以小的电压输入在阳极处释放H2。使用Cu3Ag7（+）||Ni3N/Ni（–）电催化剂的双电极电解槽可以在阳极和阴极同时产生H2，表观法拉第效率为200%，电流密度为500mA/cm2，电池电压仅为0.60V。相关工作以“Dual hydrogen production from electrocatalytic water reduction coupled
with formaldehyde oxidation via a copper-silver electrocatalyst”为题发表在国际著名期刊Nature Communications上。要点1. 作者使用Cu3Ag7和Ni3N/Ni分别作为阳极和阴极电催化剂组成的新型的廉价电催化系统，在碱性条件下驱动FOR和HER，以200%的法拉第效率产生H2，并在电池电压仅为0.22和0.60V时分别达到100和500 mA/cm2的工业相关电流密度，双电极电解槽用于H2生产的能耗分别仅为0.30和0.70
kWh/m3 H2，远低于整个水分裂电解的理论能耗（2.93 kWh/1 m3 H2）。要点2. 密度泛函理论（DFT）研究表明，甲醛水合生成的H2C（OH）O*中间体在Cu3Ag7上的关键吸附构象，比在Cu或Ag上更稳定，导致C-H裂解势垒更低。除甲醛溶液外，固相多聚甲醛也可以作为反应物实现类似的性能，为大规模的实际应用铺平了道路。图1. 在RDE上，Cu、Ag和CuAg催化剂上的HCHO电氧化。图2. Cu3Ag7/CF电催化剂的表征和HCHO氧化性能。Dual hydrogen production from electrocatalytic
water reduction coupled with formaldehyde oxidation via a copper-silver
electrocatalyst
Guodong
Li, Guanqun Han, Lu Wang, Xiaoyu Cui, Nicole K. Moehring, Piran R. Kidambi,
De-en Jiang, Yujie SunDOI: 10.1038/s41467-023-36142-7
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