近日，中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室能源与环境小分子催化研究中心（509组群）邓德会研究员、崔晓菊副研究员团队在硫化氢电催化分解制氢领域取得突破性进展，成功开发出具有双级“铠甲”结构的整体式电极，实现了在工业安培级电流密度下高效分解硫化氢制备氢气和单质硫。该成果为工业废气中硫化氢污染物的资源化利用以及绿色氢能源的可持续制备提供了创新思路，相关研究发表于国际知名期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition），并被选为VIP（Very Important Paper）文章。640 (4).png硫化氢（H₂S）是一种具有强毒性和腐蚀性的气体，广泛存在于天然气、炼油厂及化工生产过程中。传统的克劳斯工艺虽能将硫化氢转化为单质硫，但无法实现氢气的回收利用，且在工业应用中存在诸多局限性。相比之下，电催化分解技术可在温和条件下同时实现硫化氢的高效转化，不仅能够消除硫化氢这一污染物，还能制备绿色氢气，具有显著的环境和能源双重效益。然而，硫化氢的酸腐蚀性使得非贵金属催化活性中心在阳极氧化反应中易失活，电极骨架也容易发生结构坍塌，导致催化剂的活性与稳定性难以兼顾，这一问题在工业级大电流密度反应条件下尤为突出。因此，开发兼具高催化活性、优异结构稳定性且易于规模化制备的电极材料，以实现高通量硫化氢电催化分解制氢，具有重要的科学意义和应用价值。邓德会团队长期致力于二维材料表界面调控及其在能源与环境小分子催化转化中的应用研究，并在国际上率先提出“铠甲催化”概念，围绕“铠甲”催化剂的结构设计与催化性能调控开展了系统性研究工作。在此基础上，团队进一步开发出石墨烯封装泡沫镍骨架的双级“铠甲”整体式电极。该电极的一级“铠甲”结构由石墨烯包覆泡沫镍骨架构成，二级“铠甲”结构则由石墨烯封装金属镍纳米颗粒形成。这种独特的双级“铠甲”结构设计，充分发挥了石墨烯封装对活性位点的保护作用，同时借助金属中心对石墨烯的电子调控作用，进一步优化了石墨烯铠甲表面的催化活性。此外，该结构显著增强了整体式电极的化学稳定性，从而在电催化硫化氢分解反应中实现了催化活性与稳定性的双重提升。在1.12 V vs.RHE的电位下，该双级“铠甲”整体式电极的阳极氧化电流密度可达1 A/cm²，约为泡沫镍的5倍；在100 mA/cm²的电流密度下稳定运行超过300小时，使用寿命是泡沫镍的10倍以上，展现出优异的工业应用潜力。在模拟天然气脱硫的实验中，该双级“铠甲”整体式电极在阳极能实现20%浓度硫化氢的完全氧化去除，获得单质硫的同时在阴极获得高纯氢气。当体系电流密度达到200 mA/cm²时，其制氢能耗较传统电解水工艺降低了43%，为天然气净化与绿色制氢提供了一种高效、低能耗的新方案。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委“空气主份转化化学”基础科学中心项目以及中国科学院B类先导专项“功能纳米系统的精准构筑原理与测量”等项目的大力支持。

“铠甲”催化：创新概念引领催化剂设计新突破

“铠甲”催化是一种创新性的催化剂设计理念，由中国科学院大连化学物理研究所研究团队率先提出。该概念通过精准的材料结构设计，巧妙地将非贵金属纳米粒子封装于稳定的二维材料（如石墨烯）之中，形成一种类似“铠甲”的保护结构，从而显著提升催化剂在极端反应环境下的稳定性和催化性能。    

在“铠甲”催化体系中，石墨烯“铠甲”不仅为内部金属纳米粒子提供了物理和化学保护，使其免受强酸、强碱、高温等苛刻条件的侵蚀，还通过金属与石墨烯之间的电子相互作用，进一步激发了石墨烯表面的催化活性。这种独特的结构设计实现了催化剂稳定性和活性的双重优化，为解决传统催化剂在复杂反应条件下的失活问题提供了全新的解决方案。    

“铠甲”催化概念自提出以来，在电解水制氢、光热催化转化等多个领域取得了显著的应用成果，展现出广阔的应用前景。其创新的设计理念不仅为催化剂的结构设计和性能调控提供了新的思路，也为未来能源与环境领域的技术进步和产业升级奠定了坚实基础。