70周年校庆/周末专家河北行-名家讲堂之一百零二：气体小分子原位调控高效析氢电催化剂设计及AEM电解槽多尺度仿真研究

阴离子交换膜（AEM）电解水制氢是低成本、规模化绿氢制备的核心技术之一，但其存在析氢反应动力学迟缓、催化剂界面微环境不稳定、电解槽多相传质与工况匹配性差等关键瓶颈，制约了工业化高效稳定运行。针对以上问题，本研究聚焦电催化析氢性能提升与电解槽系统优化两大核心方向，开展催化剂精准设计、反应机理剖析与电解槽多尺度仿真耦合研究。本研究创新采用气体小分子原位调控策略，依托原位反应体系实现催化界面电子结构、吸附构型与传质微环境的动态精准调控，有效优化氢吸附/脱附能垒，破解传统催化剂活性位点不足、工况适应性弱、长期稳定性差的技术难题，构筑高活性、高耐久的碱性析氢电催化体系。同时，本研究突破单一材料研究局限，构建从原子催化机理、电极微观传质到电解槽宏观工况的多尺度仿真模型，系统探究AEM电解槽内部气体扩散、电解液传质、热量传递及电化学反应的耦合机制，明晰结构参数、运行工况与电解效率的构效关系，解决电解槽工程设计与实际工况适配性不足的问题。通过材料创新调控与系统仿真优化的深度结合，形成了适配AEM电解体系的高效催化剂设计方法与电解槽优化方案，为低成本、规模化AEM电解制氢技术的工程化落地提供理论支撑与技术参考。 刘宁，北京工业大学，教授、博士生导师，环境科学与工程学院，固废资源化与碳减排方向，主要从事能环境能源催化研究，包括电解水制氢，CO2热催化转化、CH4选择性氧化制甲醇，以第一作者或通讯作者身份在Angewandte Chemie International Edition、Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials等国际知名期刊发表论文70余篇，主持及参与国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划子课题30余项。