电催化与电合成技术为应对能源危机与环境问题提供了重要解决方案，但传统反应体系往往存在产物单一、能耗高等局限。即便是配对电解与自供电体系，也普遍面临阳极无增值产物或整体能耗过高的困境。金属有机框架（MOFs）及配位网络因其多样结构与广泛应用而备受关注，但现有合成方法普遍依赖冗长流程与高能耗，电化学合成也因外部供电需求而难以规模化。相比之下，腐蚀工程在无机材料合成中具有低成本优势，但其应用范围仍局限于无机材料，且腐蚀过程中释放的化学能主要以热能耗散；析氢腐蚀虽能产生氢气，但储运难题进一步制约了能量利用效率。由此可见，如何合理设计反应体系以实现腐蚀能量的高效捕获与转化，突破腐蚀反应动力学迟缓与适用范围有限的瓶颈，并同时解决氢气储运难题，成为亟需攻克的核心问题。

针对上述挑战，山东大学张进涛教授团队受“牺牲阳极保护”原理启发，提出了基于界面电子态调控的宏观腐蚀电池体系。该体系通过空间解耦腐蚀反应中的界面电子转移过程，实现了阳极金属去电子与MOFs沉积的直接耦合，同时集成氢析出与氧还原等多类电极反应，构建起多路径电子利用网络。在这一过程中，电偶腐蚀驱动电子定向迁移，而界面电子态的分布与重构有效调控了反应动力学，加速了MOFs的成核与生长，并提升了界面反应的能量转化效率。该创新体系不仅突破了腐蚀工程长期局限于无机合成的传统边界，还实现了高电子/原子利用率的MOFs普适性合成、高价值化学品的协同产出以及化学能向电能的高效转化。更重要的是，它揭示了界面电子态在腐蚀能量转化与材料生成中的主导作用，为发展可持续的化学—能源耦合体系提供了新的理论框架与方法基础。

1） 从析氢腐蚀到电偶腐蚀

腐蚀反应中，其化学能常以热能形式耗散。析氢腐蚀中，质子作为去极化剂，还原为氢气，具有中/高析氢过电位的金属如Co、Fe、Sn、In和Zn析氢动力学缓慢。电偶腐蚀，常用于牺牲阳极的阴极保护法，旨在保护阴极。本研究巧妙地利用电偶腐蚀实现MOFs的同步合成、氢气生产和能量输出。相较于自腐蚀，电偶腐蚀显著促进MOFs生长动力学，快速形成浓密的MOFs纳米阵列。该方法普遍适用于各类有机配体，并显著加速了水系和有机体系中MOFs合成。并且该系统可将化学能转化为电能，最大功率密度可达26.1 mW cm^-2，优于多种 Zn 基电池。

2） 氧腐蚀及PRR协助的腐蚀体系

氧腐蚀在实际应用中更为常见，电偶腐蚀可显著促进氧腐蚀。受限于氧气有限的溶解度，其合成速率受阻。利用ORR双电子产物H₂O₂，可显著增强腐蚀过程，并在水/有机溶剂中促进MOFs快速合成。进一步引入支持电解质，提升电导率与ORR/PRR动力学，实现多种对水敏感MOFs的高效合成，体现了电解质与电偶腐蚀的协同促进效应。

3）宏观腐蚀电池体系

为克服析氢腐蚀中氢气储运的难题，本研究进一步构建了宏观腐蚀电池体系，将阳极MOFs合成与阴极电催化加氢反应耦合，实现了MOFs材料与高值化学品的协同生产及能量输出。该体系适用于多类羰基和硝基化合物加氢，技术经济分析表明其兼具显著的盈利性与能源回收优势，展现出良好的应用竞争力。

综上所述，本研究受“牺牲阳极保护”理念启发，将界面电子态调控引入腐蚀过程设计，提出并实现了宏观腐蚀电池体系的构建。该体系通过空间解耦界面电子转移，将阳极金属去电子与MOFs沉积直接耦合，并协同氢析出、氧还原及过氧化氢还原反应，形成多路径电子利用网络。电偶腐蚀驱动的电子定向迁移显著加速了MOFs的成核与生长，突破了传统腐蚀工程“仅限无机合成、能量难以高效利用”的局限，同时实现了化学能向电能的高效转化。作为概念验证，该体系实现了MOFs的普适性合成、高价值化学品的联产以及能量回收，并展现出高电子/原子利用率，为揭示腐蚀界面电子态能量转化机制与发展可持续化学—能源耦合体系提供了新的研究范式。

From Corrosion to Creation: Interfacial De-Electronation Drives Hydrogenation-Energy Symbiosis

Dr. Yueqing Wang, Dr. Xueying Cao, Dr. Chengdong Yang, Wenwen Cai, Dr. Xinxin Shu, Yuhan Li, Jing Zhu, Jizhen Ma, Prof. Dr. Jintao Zhang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202507722