作者:吴长锋 来源:科技日报 发布时间:2021/8/19 19:53:09
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双功能催化剂实现高效电解水制氢

 

科技日报合肥8月19日电(记者 吴长锋)记者从科院合肥物质科学研究院获悉,该院固体所纳米材料与器件技术研究部孟国文研究员课题组与合作者合作,通过优化设计与精准调控,在碳纤维布电极上原位生长制备了单分散、超小尺寸过渡金属磷化物纳米晶均匀负载的氮掺杂碳分级纳米片阵列,该自支撑催化剂具有优异的电催化析氢反应和析氧反应双功能催化性能,实现了高效全电解水制氢。相关研究结果日前发表在《化学工程杂志》上。

电催化分解水技术被认为是一种绿色、清洁、可持续的制氢方法。然而,电解水过程的析氢反应和析氧反应两个反应过电位大、能耗高,需要高效催化剂。贵金属铂和铱钌氧化物是目前性能最优的析氢反应和析氧反应催化剂,但其高成本制约了其规模化使用。另外,目前的研究主要集中在开发针对析氢反应或析氧反应的单功能催化剂,在实际应用中需设计两种不同类型的催化剂,这无疑增加了电解水设备的复杂性。因此,研发高活性、低成本的新型双功能催化剂是实现高效电解水制氢的关键。

研究人员在碳纤维布电极上原位生长钴锌基金属有机框架纳米片阵列前驱体,后利用镍离子刻蚀的方法合成三元过渡金属层状双氢氧化物超薄纳米片组成的分级纳米片中间体,最后通过可控磷化反应,构筑了氮掺杂碳分级纳米片组成的复合结构催化剂。研究表明,该复合结构催化剂呈现出超高的双功能催化性能。析氢反应中,其性能接近商业化铂碳催化剂;析氧反应中,性能远超商业化二氧化铱;在全电解水时,表现出良好的长期稳定性,且这种过渡金属基催化剂的制备成本远低于商业化贵金属催化剂。

该催化剂制备方法具有合成工艺简单、成本低、可实现规模化制备等优点,为研发高效、廉价、稳定的全电解水催化剂提供了新思路,在高效电解水绿色制氢领域具有良好的应用前景。

 
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