论文奖励丨多巴胺“牵线”，风能制氢！中国石油大学（北京）重质油全国重点实验室实现自供电水氧化

你有没有想过，风一吹，就能制氢？
中国石油大学(北京) 重质油全国重点实验室 光催化课题组最新顶刊成果给出答案：他们在光阳极里加入“多巴胺”作为分子桥，把NiFeOx和Co:BiVO₄牢牢“粘”在一起，界面电场增强1.9倍，电子注入效率飙到84.4%，光电流达5.47 mA/cm²，氧气法拉第效率95.03%。更酷的是，配合一个紧凑的风能收集器，风一吹，就能连续驱动水分解，风电转换效率高达49.5%。从风到氢，一气呵成。这项研究为离网自供电制氢打开了新思路。

第一作者：安攀 

通讯作者：王雅君 教授

发表期刊：Applied Catalysis B: Environment and Energy

影响因子(IF):21.1

实验方向：自驱动光电化学水氧化

发表单位：中国石油大学（北京）重质油全国重点实验室 光催化课题组

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2026.126953

MC-SPB10

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本研究通过引入聚多巴胺（PDA）中间层构建界面电场，加速了NiFeOx/Co:BiVO₄光阳极中的电子注入，显著降低了水氧化反应的动力学障碍的外加偏压。进一步地，将摩擦纳米发电机（TENG）与电磁发电机（EMG）耦合，高效采集环境风能并转化为驱动偏压，从而实现了无需外部电源辅助的高效自驱动水分解。

光电化学水氧化受限于缓慢的界面电荷转移和脆弱的催化剂-光阳极接触。我们引入聚多巴胺（PDA）中间层，桥接NiFeOx和钴掺杂钒酸铋（Co:BiVO4），形成紧密的配体键合界面，具有强电子耦合。该桥接增强了界面电场（IEF）强度，加速了载流子分离和转移，抑制了表面复合，稳定了析氧中间体，降低了动力学势垒和外加偏压。第一性原理密度泛函理论结合晶体轨道哈密顿布居分析表明PDA改善了Fe位点对氧化中间物种的吸附，同时M-O成键态降低了决速步（RDS）能垒，该催化剂表现出优异的催化活性。在AM 1.5 G光照下，优化后的光阳极在1.23 V vs. RHE下提供5.47 mA/cm²的光电流密度和95.03%的氧气法拉第效率，且稳定性优异。由于电极在低能量输入下运行，我们展示了一个闭环自供电系统，其中紧凑的摩擦电和电磁收集器以49.5%的风电转换效率，为环境风下的连续水分解提供足够电力，实现近化学计量的气体析出。

图1.TENG–EMG的构建与性能。(a)TENG–EMG模型示意图。(b)TENG的工作原理。(c)EMG的工作原理。(d)TENG产生的短路电流。(e)TENG 产生的开路电压。(f)EMG产生的短路电流。(g)EMG产生的开路电压。(h)TENG–EMG系统的整流后短路电流。(i)TENG–EMG的整流开路电压。

图5.原位 FTIR与ESR对O₂生成路径的监测及DFT计算结果。KPFM 图像显示在表面电势模式下

(a)NiFeOx/Co:BiVO₄，

以及(b)NiFeOx/PDA/Co:BiVO₄ 

在暗态及光照条件下的结果。

(c)沿NiFeOx/Co:BiVO₄

及NiFeOx/PDA/Co:BiVO₄

线绘制的表面电势分布曲线。

NiFeOx/PDA/Co:BiVO₄

光电阳极在反应过程中获得的

(d)二维热斑成像图

(e)三维分布图的原位FTIR光谱。NiFeOx/PDA/Co:BiVO₄

光电阳极在反应过程中获得的(f)二维热斑成像图及

(g)三维图谱的原位ESR谱图。

(h) NiFeOx/Co:BiVO₄

与(i)NiFeOx/PDA/Co:BiVO₄

的差分电荷密度及Bader电荷分布。

(j)NiFeOx/Co:BiVO₄

与NiFeOx/PDA/Co:BiVO₄

光电极上AEM反应路径的示意图。OER自由能图分别对应(k)0V及(l)1.23V电位。

NiFeOx/Co:BiVO₄与NiFeOx/PDA/Co:BiVO₄

的23V。

(m)NiFeOx/Co:BiVO₄

与NiFeOx/PDA/Co:BiVO₄

中吸附 (m)*OH、*O及*OOH中间体时，M–O键的晶体轨道哈密顿群居计算结果（COHP）。

图6.自驱动水氧化系统的灵活性与稳定性。(a)基于TENG–EMG网络的自驱动光电催化水氧化系统示意图。(b)该器件全尺寸实物图。(c)TENG–EMG在不同转速下的输出电位。(d)自供电水氧化系统的循环稳定性。