固体聚合物电解池析氧催化剂

在固体聚合物电解池电解水制氢过程中,阳极析氧反应是整个电化学反应的速率控制步骤。本文从固体聚合物电解池析氧催化剂的反应机理、催化剂材料以及制备方法等几个方面进行了详细分析。新的检测手段已经开始应用于原子层级的析氧反应机理研究,对析氧反应活性中间产物有了更深刻的认识;通过优化传统的制备工艺,开发新型的制备方法,进一步提高了析氧催化剂的活性或者稳定性。此外,引入高稳定性、低成本、高活性的催化载体,亦可提高催化剂的性能并相应地降低其成本。希望通过本文的综述总结,为今后阳极析氧催化剂的研究指明方向,推动固体聚合物电解池的商业化进程。     

水电解制氢非贵金属催化剂的研究进展

氢能作为零碳排放能源是被公认的最清洁能源之一,如何有效可持续地产氢是未来人类步入氢能经济首先要解决的问题。电解水技术基于电化学分解水的原理,利用可再生电能或太阳能驱动水分解为氢气和氧气,被认为是最有前途和可持续性的产氢途径。然而,无论是光解水还是电解水,均需要高活性、高稳定性的非贵金属氢析出和氧析出催化剂以使水电解反应经济节能。本文介绍了我们研究所近三年在水电解方面的研究进展,其中着重介绍了：（ⅰ）氢析出催化剂,包括利用低温磷化过渡金属（氢）氧化物的方法制备过渡金属磷化物,同时过渡金属硫化物、硒化物以及碳化物等均被成功合成并被应用为有效的阴极析氢催化剂;（ⅱ）氧析出催化剂,主要包括金属磷化物、硫化物、氧化物/氢氧化物等;（ⅲ）双功能催化剂,主要包括过渡金属磷化物、硒化物、硫化物等。最后,总结展望了发展水电解非贵金属催化剂所面临的挑战与未来发展方向。     

固体聚合物电解质水电解进行h/d同位素分离

固体聚合物电解质;水电解;电催化剂;氢同位素;分离     

原始溶液中Ni、Co质量比对Ni-Co-S-O/NF催化剂在碱性水电解中析氧性能的影响

本文中主要研究了原始溶液中Ni、Co质量比(wNi∶wCo)对Ni-Co-S-O复合材料催化剂结构及性能的影响.采用水热法在泡沫镍(NF)基底上制备出了三维分层花瓣状纳米结构的Ni-Co-S-O复合材料催化剂.当原始溶液中wNi∶wCo=1∶2时,所制备的Ni-Co-S-O/NF(1∶2)催化剂具有更大的电化学活性面积...     

非贵金属析氢电催化剂的结构调控研究进展

能源危机和环境污染日益严重,寻找可持续且清洁的新能源成为趋势,而氢能被视为最理想的选择。贵金属基催化剂虽活性优异但成本高、稳定性差,因此开发可代替如铱（Ir）和钌（Ru）等贵金属催化剂的非贵金属催化剂是研究热点,而掌握析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction,HER）机理是合成新型高效电催化剂的关键。本文综述了近年来非贵金属基HER催化剂的研究进展,围绕Fe、Co、Ni和Mn等非贵金属对电催化构建策略和提高催化活性进行了讨论,其中包括组分调控和缺陷工程等方面。此外,还展望了HER催化剂的应用前景。     

水电解析氢低贵/非贵金属催化剂的研究进展

氢气作为能量载体的氢能技术由于其清洁性、高能量密度等优势已获得越来越多的青睐与关注. 其中,可持续的产氢技术是未来氢能经济发展的必要先决条件. 通过可再生资源电力驱动的电解水技术是支持氢能经济可持续发展的重要途径,高活性、低成本的析氢催化剂的开发利用是提高水电解技术效率并降低其成本的关键因素. 本文主要介绍了近年来包括低铂催化剂和金属硫化物、金属磷化物、金属硒化物等非铂过渡金属催化剂在析氢方面的研究进展,详细讨论了析氢反应的催化性能、合成方法以及结构?鄄催化性能的关系,最后总结展望了水电解低铂及非铂过渡金属催化剂在未来发展过程中所面临的机遇与挑战.     

非贵金属电催化析氧催化剂的最新进展

氢气具有环境友好、含量丰富、高能量密度等特点,是一种可以替代化石能源的绿色环保可再生能源. 电解水是制备氢气最有效途径之一. 但在电解水过程中,动力学过程非常缓慢,过电位较大的阳极析氧半反应严重限制了阴极析氢反应效率. 因此,研究高效、稳定和低成本的催化剂来降低析氧反应的过电位,从而提高析氢反应效率受到了广泛关注. 基于非贵金属催化剂本身特性及其在高浓度OH-条件下具有较高OER催化活性等原因,本文首先简要介绍碱性条件下析氧反应机理及其性能的评价方法,然后重点讨论非贵金属电催化析氧催化剂的最新研究进展. 最后对如何深入研究催化机理、设计高效、双功能及新型非贵金属电催化析氧催化剂进行了展望.     

电解海水析氢反应过渡金属基催化剂的研究进展

海水作为地球上最丰富的自然资源之一,在实现大规模的电解水制氢方面具有得天独厚的优势。然而,海水中的Cl^-、Ca²⁺和Mg²⁺等使催化剂在阴极发生腐蚀、毒化或降解,导致其稳定性、活性以及使用寿命显著降低。近年来,为了解决上述问题,人们致力于设计开发廉价的高效稳定析氢反应（HER）催化剂,进而提高电解海水制氢效率。本文首先介绍了电解海水的优势及其HER所面临的挑战,其次从活性和稳定性等方面重点论述了硒化物、硫化物、氮化物以及磷化物等过渡金属基催化剂在电解海水HER中的研究进展,最后总结和展望了电解海水HER催化剂未来的发展前景。     

NiFe水滑石纳米片阵列负载Ru用于提升碱性电催化析氢和析氧性能

通过离子交换的方式将Ru负载到NiFe水滑石(LDH)纳米阵列表面得到(Ru/NiFe LDH),Ru的引入显著提升了NiFe LDH的活性比表面积,暴露了更多的活性位点,同时调控了其电子结构,大大提升了其本征催化活性。在碱性条件下,催化析氢反应时仅需50 mV的过电位即可达到10 mA·cm^-2的电流密度,Tafel斜率为52.3 mV·dec^-1。而相同条件下原始NiFe LDH达到10mA·cm^-2的电流密度则需要226 mV的过电位,Tafel斜率为157.5 mV·dec^-1。同时制备的Ru/NiFe LDH也展现出了良好的析氧催化活性,在50 mA·cm^-2的电流密度下,过电位仅为231 mV,而NiFe LDH则需237 mV。Ru/NiFe LDH在长时间的电催化条件下依然能保持良好的工作稳定性。     

双金属氮化物NiMoN析氢催化剂制备及其电解海水析氢性能的研究

电解水制氢是最具潜力的绿氢制备技术, 而高效析氢反应(HER)催化剂的开发对其大规模推广意义重大. 选用氯化镍和钼酸铵为镍源和钼源, 通过原位生长法获得NiMo双金属催化剂前驱体, 再以二腈二胺为氮源, 高温氮化-程序升温法制备了一系列NiMo_xN@NC催化剂(x代表钼酸铵和氯化镍的物质的量比), 并对催化剂进行了结构、形貌以及金属价态表征. 分别在1 mol/L KOH碱液以及模拟海水中分析了析氢(HER)性能. 结果表明, 碱液中NiMo_xN@NC催化剂均具有良好的电荷转移速率(R_ct<1 Ω), 具有较好的内在催化活性(Tafel斜率103~168 mV/dec). 其中, NiMo_0.75N@NC催化剂具有最高的极限电流(–178 mA/cm²), 最小的过电势η₁₀=0.164 V, η₁₀₀=0.448 V), 最高的内在催化活性, Tafel斜率只有103 mV/dec, 且具有较好的稳定性. 在海水中, 在10 mA/cm²和40 mA/cm²的负载电流下, NiMo_0.75N@NC催化剂依旧表现出了较好的稳定性.     

The Common Intermediates of Oxygen Evolution and Dissolution Reactions during Water Electrolysis on Iridium

Understanding the pathways of catalyst degradation during the oxygen evolution reaction is a cornerstone in the development of efficient and stable electrolyzers, since even for the most promising Ir based anodes the harsh reaction conditions are detrimental. The dissolution mechanism is complex and the correlation to the oxygen evolution reaction itself is still poorly understood. Here, by coupling a scanning flow cell with inductively coupled plasma and online electrochemical mass spectrometers, we monitor the oxygen evolution and degradation products of Ir and Ir oxides in situ. It is shown that at high anodic potentials several dissolution routes become possible, including formation of gaseous IrO₃. On the basis of experimental data, possible pathways are proposed for the oxygen‐evolution‐triggered dissolution of Ir and the role of common intermediates for these reactions is discussed.     

Platinum Group Metal–free Catalysts for Hydrogen Evolution Reaction in Microbial Electrolysis Cells

Hydrogen gas is a green energy carrier with great environmental benefits. Microbial electrolysis cells (MECs) can convert low‐grade organic matter to hydrogen gas with low energy consumption and have gained a growing interest in the past decade. Cathode catalysts for the hydrogen evolution reaction (HER) present a major challenge for the development and future applications of MECs. An ideal cathode catalyst should be catalytically active, simple to synthesize, durable in a complex environment, and cost‐effective. A variety of noble‐metal free catalysts have been developed and investigated for HER in MECs, including Nickel and its alloys, MoS₂, carbon‐based catalysts and biocatalysts. MECs in turn can serve as a research platform to study the durability of the HER catalysts. This personal account has reviewed, analyzed, and discussed those catalysts with an emphasis on synthesis and modification, system performance and potential for practical applications. It is expected to provide insights into the development of HER catalysts towards MEC applications.     

碱性电解水高效制氢

与传统化石能源制氢技术相比,利用可再生能源驱动电解水制氢技术具有绿色可持续和制氢效率高等优势,被认为是目前最具前景的制氢方式。然而, 由于电解水两极反应动力学缓慢、 催化剂稳定性较差, 限制了其大规模发展。此外, 阳极析氧反应存在较高的过电势, 从而导致当前制氢能耗与成本较高, 严重制约了其商业化应用。 为了解决上述问题与挑战,本文对当前发展较为成熟的碱性电解水技术进行了综合讨论与分析。 首先, 对电解水发展历程中的重要节点进行了总结, 便于读者了解该领域。进一步, 从电催化剂、 电极、 反应和系统的角度深入总结了提升电解水制氢性能的有效策略。作者分别介绍了近年来层状双金属氢氧化物基电解水催化剂、电解水制氢耦合氧化反应以及可再生能源驱动的电解水系统的重要研究进展; 同时对结构化催化剂在电解水应用中的构效关系进行了深入分析。最后, 对该领域存在的挑战和未来发展方向进行了展望,希望能为氢能的发展和推广提供一定的思路。     

纳米碳纤维的表面改性对水电解析氢反应催化活性的影响

主要研究纳米碳纤维(CNF)的表面改性对析氢反应(HER)催化活性的影响. 首先采用一种简单易行的超声处理方法, 以混酸(浓硫酸和浓硝酸)为溶剂对CNF进行了表面化学处理, 以在其表面引入含氧(CNF-OX)官能团, 然后将CNF-OX在氨水中超声处理, 以引入含氮(CNF-ON)官能团, 以及将CNF-OX和硼酸混合经高温热解对CNF-OX进行掺B处理(B-CNF-OX). XPS结果表明, 超声处理可以成功地在CNF表面引入含氧和含氮官能团, 硼酸高温处理可以掺入B原子. 电化学测试结果表明, 经过表面改性后的CNF的HER催化性能都要好于未处理过的CNF-UN, 其中N掺杂的CNF-ON表现出最好的HER催化活性, 且CNF-OX经掺B处理后, B-CNF-OX的性能也较CNF-OX有所增强, 即三者的催化活性大小如下: CNF-OX     

固体聚合物电解质电解臭氧发生器中不同晶型PbO2阳极催化剂的特性

固体聚合物电解质电解臭氧发生器中不同晶型ＰｂＯ_２阳极催化剂的特性周元全，吴秉亮，高荣，张红，江巍（武汉大学化学系武汉４３００７２）关键词臭氧，阳极催化剂，二氧化铅，固体聚合物电解质臭氧（Ｏ３）是一种强氧化剂，它具有强烈的杀菌消毒作用和氧化降解有机污?..