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电解水被认为是一种可持续的、极具发展前景的产H2策略。通常,电解水通过两个半反应进行:析氧反应(OER)和析氢反应(HER)。实际应用中HER和OER催化剂的有效耦合是非常必要的。尽管已报道了许多耦合催化剂,但仍有一些关键问题需要进一步解决:1)阳极和阴极的催化剂通常在成分上存在很大差异,使制备过程复杂,且由于在电解水过程中可能发生催化剂溶解、再沉积反应,会引起阴极和阳极催化剂相互干扰;2)大部分非贵金属催化剂只能在碱性或中性电解液中使用,在酸性条件下则不稳定,因此缺乏广泛的溶剂适应性。IrO2是少数能在酸性电解液中高效且稳定的电解水催化剂,但由于其氢吸附自由能(ΔGH*)过大,几乎不被用作析氢反应,因此无法构建基于IrO2全解水电解槽。
针对上述问题,西安交通大学理学院杨生春团队提出通过循环伏安法(CV)调控金属氧化物电子结构使其适用于HER的新策略(J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 2090),即通过电化学CV循环,使金属氧化物中的金属阳离子被(部分)还原,引起金属位点上电子密度增大,形成氧空位,进而优化了析氢反应的动力学过程,大大加速析氢反应。同时,CV循环可使对电极上少量的的金属Pt会发生溶解,并迁移沉积在金属氧化物表面,这种微量Pt的沉积为活性物质的吸附/解吸附提供了良好的界面,可极大地提高IrO2在酸性、中性、碱性电解液甚至天然海水中的HER催化性能,使构建全IrO2基的电解池成为可能。这项工作表明原位电化学调控催化剂的表面电子结构为高效且稳定的电解水催化剂设计开辟了新途径,为电解水制氢的工业化应用提供了新策略。
电化学CV处理及痕量Pt沉积后Pt与IrO2界面电荷差分图(a-d),总态密度(e)和三种催化剂表面的氢吸附自由能变化(f)
该工作以题目“Electrochemically Modifying the Electronic Structure of IrO2Nanoparticles for Overall Electrochemical Water Splitting with Extensive Adaptability”发表在《Advanced Energy Materials》(IF:24.884)上。本文的第一作者和通讯作者分别是理学院博士生李璐,和杨生春教授。西安交通大学是该论文第一署名单位,Thermo Fisher Scientific公司的杨光高级工程师完成了该论文的部分电镜表征和高分辨能谱工作。
Pt-IrO2@CC//IrO2@CC与商用催化剂全解水性能的比较
该工作得到国家自然科学基金,国家自然科学基金-国家电网公司联合重点项目,中央高校基本科研业务费和博士后基金,西安交通大学-全通新能源汽车联合项目的支持。同时,该项研究中材料结构的表征分析工作得到了西安交通大学大型仪器设备共享实验中心,贾春林科学家工作室以及理学院张晓晶、王力群工程师的支持。
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4月6日上午10时,华电科工承建的华电德令哈PEM电解水制氢示范工程72小时连续试运行圆满成功,标志着国内首台套单堆MW级PEM电解水制氢装置实现商运,解决了质子交换膜、气体扩散层等关键核心材料及装备国产化“卡脖子”问题,具有重大科技与产业示范意义。72小时试运行是机组正式商业运行前的最后一项程
在中国燃料电池产业聚集地——广东省佛山市南海区仙湖氢谷,全国首个以氢能研究为主的省级重点实验室——仙湖实验室正在牵头研发氢氨融合新能源技术。由于氢能产业链上下游企业的不断进驻、科研基地的持续扩展,仙湖氢谷一年用电量达409万千瓦时。90千米外的广州南沙小虎岛电氢智慧能源站,密布的管网
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近日,哈尔滨工业大学材料学院周玉院士团队李保强教授课题组在钌/碳点电化学析氢材料方面取得重要进展。相关论文《源于碳点的氮掺杂sp2/sp3碳提升钌的电化学析氢反应性能》(N-dopedsp2/sp3CarbonDerivedFromCarbonDotstoBoostthePerformanceofRutheniumforEfficientHydrogenEvolutionReaction)发表在
近日,云南大学材料与能源学院、云南省微纳米材料与技术重点实验室柳清菊教授团队在光催化分解水制氢(PHE)研究中取得新进展,研究论文“InsightsintosynergisticeffectofPdsingleatomsandsub-nanoclustersonTiO2forenhancedphotocatalyticH2evolution”发表在国际学术期刊ChemicalEngineeringJournal
近日,石科院自主研发的节能型蒸汽重整制氢RSR系列催化剂在中国石化洛阳石化公司40,000Nm3/h制氢装置成功实现首次工业应用,一次开车成功,生产出纯度99.9%的合格氢气产品并与厂区氢气管网完成并网,标志着石科院在制氢领域获得新突破。01.瞄准低碳制氢技术能源清洁化是国家重大能源发展要求之一,而加
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近日,中国科学院大连化学物理研究所纳米反应器与反应工程学创新特区研究组研究员刘健团队与大连理工大学研究员周思、天津大学教授梁骥团队合作,通过单原子催化剂改性碳载体的策略,增强载体与其上负载金属粒子间的相互作用,构筑了钴单原子催化剂掺杂碳载金属钌(Ru)纳米反应器,实现了电催化析氢反应中绿氢的高效制备,为碳载金属纳米催化剂性能的调控提供了新思路。
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据国外媒体报道:新加坡南洋理工大学(NTU)的科学家发现了决定一类廉价催化剂-尖晶石氧化物-效率的参数。这一发现打破了通过电解从水中提取氢的瓶颈,可用电分解水的过程。(来源:微信公众号“中国氢能源网”ID:china-hydrogen作者:刘登程)电解水制氢的主要挑战在于随着水电解过程中发生的化学反
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