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美國丨海水制氫催化劑研究取得新突破

海水占全球水資源總量的96.5%,直接電解海水不僅能獲取清潔低碳的氫氣,還可產生飲用水,這對于氫能普及和可持續發展非常重要,尤其是水資源捉襟見肘的地區。


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多年來,許多商業化的水電解制氫需要高純度淡水。但是,干凈的淡水供應有限。海水占全球水資源總量的96.5%,直接電解海水不僅能獲取清潔低碳的氫氣,還可產生飲用水,這對于氫能普及和可持續發展非常重要,尤其是水資源捉襟見肘的地區。


現實情況是,多年來海水電解制氫的進展有限。該項工作極具挑戰性,特別是對于陽極反應而言,一方面反應期間的氯析出會腐蝕電極,如果在堿性介質中,氯會進一步反應生成次氯酸鹽;另一方面反應期間易形成不溶性沉淀物,從而使催化劑中毒失去活性。因此,迫切需要開發耐用且廉價的催化劑以加速緩慢的海水分解過程。


最近,休斯敦大學在新的析氧反應催化劑研究方面取得重大突破——由廉價的非貴金屬氮化物(Transitionmetal-nitride)組成的裝置高度耐腐蝕,導電且機械強度高,能產生工業需求的電流密度,同時只用相對較低的電壓便可啟動,有望成為電解海水非常有前途的材料。近年來,圍繞Ni3N/Ni、NiMoN、Ni-fe-mo金屬氮化物催化劑的研究使基于TMN材料作為堿性電解水的高效非貴金屬電催化劑嶄露頭角。


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該3D core-shell TMN-based納米催化劑利用在多孔鎳泡沫上的鎳鐵氮化物和鎳鉬氮化物納米棒制成。對于1 M KOH 天然海水中的OER(25°C),上電位分別為369 mV和398mV時,可產生500和1000 毫安/平方厘米的大電流密度。研究人員用得克薩斯州沿海加爾維斯頓灣的海水對催化劑進行了測試。此外,該納米催化劑也可用于廢水制氫。

  

基于此納米催化劑的電解槽可以由一個AA電池或一個商業熱電(TE)模塊驅動,顯示對電源的廣泛適應性,有助于推動后續大規模、低成本、綠色氫氣的制備。


參考:Non-noble metal-nitride based electrocatalysts for high-performance alkaline seawater electrolysis



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