非贵金属电极析氯速率媲美贵金属

在国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助下，东莞理工学院特聘教授李威课题组联合广东工业大学教授马金星、哈尔滨工业大学教授邢德峰等科研人员，在应变诱导亚氧化钛晶格调控用于氯电合成及高盐废水处理方面取得重要进展。相关成果近日发表于《自然-通讯》。

论文第一作者、东莞理工学院硕士何宽畅指出，活性氯原位合成广泛应用于绿色消毒与氯基化学品制备，但传统贵金属析氯阳极成本高、资源依赖强，制约其规模化应用。非贵金属亚氧化钛（Ti4O7）导电性优、耐腐蚀、析氧电位较高，是潜在替代材料，但其天然（1-2 0）晶面对Cl- 吸附活化能力弱，易发生副反应，且低对称性结构使高活性晶面的定向调控极为困难。

针对这一瓶颈，研究团队提出“3D打印结构构筑-电场诱导-应变能可控储放”协同策略。研究明确了3D网格结构、电场作用、应变能释放与晶面取向演变的关联，揭示了Ti4O7表面由（1-2 0）晶面向高活性（0 2-2）晶面定向重构的内在机制，阐明了晶面重构对表面活性位点迁移、电子结构优化以及Cl–吸附选择性提升和副反应抑制的促进作用。

实验验证表明，该电极活性氯生成速率达0.19mg·min-1·cm-2，接近贵金属析氯阳极（0.20mg·min-1·cm-2）。在流动式反应器中，单次通过模式、停留时间仅2.9-8.9秒时，速率可达0.33-0.35mg·min-1·cm-2，远优于贵金属阳极（0.05mg·min-1·cm-2），适用于船舶压舱水快速消毒等场景。

该研究为非贵金属析氯电极替代贵金属电极、以及低对称性材料晶面定向调控提供了重要的科学基础与技术新范式。