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混合電解水技術通過將具有較低陽極氧化電勢的小分子氧化反應與陰極析氫反應耦合，為低能耗電解制氫開辟了新路徑。其中，利用甲醛電氧化反應輔助電解水制氫，因甲醛氧化電勢低且能選擇性地生成氫氣，備受研究人員關注。然而，開發高活性、具備長期穩定性且能在大電流密度下工作的催化劑，一直是甲醛電氧化反應輔助電解水制氫實現實用化的主要挑戰之一。

為制備DO-Cu-NS/CF，研究人員首先對泡沫銅進行水熱和低溫熱處理，生成CuOx納米片陣列，再通過簡單的電化學脫氧處理，將表面的CuOx還原成富含缺陷和晶界的金屬Cu催化層。綜合物理化學表征證實，電化學脫氧過程中催化劑表面確實形成了缺陷豐富的金屬Cu結構。以固態p-HCHO為陽極底物時，該催化劑在極低電位下，可分別實現500和963.3mA cm^-2的高電流密度，性能優于大多數文獻中報道的陽極氧化類電催化劑，且能實現法拉第效率接近100%的陽極選擇性析氫。在膜電極組件中，以DO-Cu-NS/CF為陽極、商用Pt/C為陰極催化劑的系統，實現了高效雙極制H₂，系統產氫的總法拉第效率接近200%。此外，DO-Cu-NS/CF陽極具有良好的穩定性，可在0.7 V槽壓下持續運行280小時，電流密度高達500 mA cm^-2，展現出巨大的應用潛力。

有趣的是，研究人員通過第一性原理分子動力學模擬，首次揭示了p-HCHO在堿性電解液中的結構演化過程及其電氧化機理。模擬結果顯示，在由K⁺和OH^-構建的堿性環境中，p-HCHO的C-O鍵在極短時間內斷裂，迅速解聚為游離的HCHO分子，并在溶液中無序擴散。隨后，HCHO分子中的碳原子發生OH^-吸附反應，生成甲二醇陰離子鹽中間體，同時C-O鍵長度增加約0.2Å，這暗示該中間體更易被進一步氧化。

對甲二醇長期動力學行為的分析表明，其骨架結構在溶液中保持穩定，同時其H原子表現出明顯的振動、脫附與再吸附行為，反映出甲二醇在電氧化過程中可能涉及質子動態遷移過程，有利于甲二醇向H₂的高選擇性轉化。

上述研究成果為p-HCHO在堿性條件下的轉化路徑與電催化行為提供了重要的理論依據。

相關論文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202510268