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m6体育:材料m6体育姜鲁华教授、刘光波副教授在海水制氢研究取得新进展!

海水占地球水资源总量的96.5%,被誉为地球上最大的“氢矿”。因此,利用电解水手段从海水中获取氢能是绿氢技术未来的重要发展方向。近年来,材料m6体育姜鲁华教授、刘光波副教授在海水制氢领域取得了一系列进展(详见:Nano Energy, 2024, 123, 109442;Chem. Eng. J., 2024, 489, 150897; Chem. Eng. J., 2023, 455, 140875; Nano Mater. Sci., 2023, 5, 101-116 (ESI高被引论文); Nano Energy, 2022, 98, 107295)。

为满足各种电解槽对不同类型电解质的应用需求,设计开发能够在宽pH范围内具有优异析氢活性和稳定性的非贵金属电催化剂具有重要意义。最近,本团队首次开发了一种新型高效的非贵金属基全pH析氢催化剂——钠钨青铜多孔八面体(图1)。该催化剂能够在酸性、碱性和中性海水电解质中均具有类似商业铂碳催化剂的析氢活性,在10 mA cm-2时的过电位仅分别为37、48和256 mV(图2)。DFT计算表明,Na离子的引入使NaxWO3具有最优的电子结构和金属导电性,进而促进了水的吸附/解离动力学和氢吸附自由能(图3)。该工作首次揭示了碱金属离子在钨青铜中电催化析氢反应中的作用机理,有望为析氢反应和其他能量储存与转化反应催生一类新的非贵金属催化剂。上述成果发表于国际知名期刊Nano Energy(中科院1区TOP期刊,影响因子16.7),刘光波副教授为论文第一作者,姜鲁华教授为论文通讯作者,青岛科技大学为论文第一完成单位。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.109442

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图1钠钨青铜多孔八面体的制备与表征

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图2碱金属钨青铜的电催化析氢性能

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图3碱金属钨青铜的电催化析氢机理

电解海水制氢面临着严重的阳极动力学缓慢、氯氧竞争反应和电极腐蚀等问题。对此,该团队近期以含Pt杂原子的多金属氧酸盐为前驱体,通过水热法设计合成了一种具有晶态/非晶态界面的Pt/MoO3-x催化剂(图4)。该催化剂在海水介质中具有优异的析氢-肼氧化双功能催化活性,有效解决了海水电解过程中阳极析氧反应动力学缓慢、氯氧竞争反应及电极腐蚀等问题。研究表明,将晶态/非晶态Pt/MoO3-x作为析氢-肼氧化双功能催化剂用于肼辅助海水分解(OHzSWS)时,电解槽在获得10和100 mA cm-2时的工作电压仅分别为55和238 mV,比传统电解海水系统(OSWS)的工作电压分别降低了1.584和1.543 V,显示了巨大的低能耗节能制氢优势(图5)。该成果发表于国际知名期刊Chemical Engineering Journal(中科院1区TOP期刊,影响因子15.1),硕士研究生权清豪为论文第一作者,刘光波副教授和姜鲁华教授为论文通讯作者,青岛科技大学为论文第一完成单位。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150897

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图4晶态/非晶态Pt/MoO3-x催化剂制备与表征

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图5晶态/非晶态Pt/MoO3-x的肼氧化辅助电解海水制氢性能

以上研究得到国家自然科学基金面上项目(22179067和22279069)和山东省自然科学基金重大基础研究(ZR2022ZD10)支持。


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