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新催化剂提供了一种更经济的海水制氢方法
2022年09月11日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

近年来,氢作为一种潜在的清洁能源引起了人们的关注,因为它燃烧时不会产生破坏气候的排放物。然而,传统的制氢方法有大量的碳足迹,而且更清洁的方法成本昂贵,技术复杂。

现在,研究人员报告了一项重大进展,即一种双电极催化剂,它依靠一种化合物有效地从海水和淡水中产生氢气和氧气。以前尝试使用这种双功能催化剂将水分解成氢和氧通常导致两种功能之一的性能差。使用两种单独的催化剂起作用,但增加了催化剂的制造成本。

在《能源与环境科学》所述的研究中,休斯顿大学、香港中文大学和华中师范大学的研究人员报告说,他们使用了一种镍/钼/氮化合物,与少量铁进行调整,并在泡沫镍上生长,以高效产氢,然后,通过循环电压引发的电化学重建过程,转化为产生类似强大析氧反应的化合物。

研究人员说,使用单一化合物进行析氢反应(HER)和析氧反应(OER)鈥攁lbeit在重建过程中略有变化鈥攏ot不仅使水分离更经济,还简化了工程挑战。

大多数材料最适合HER或OER,但这两种反应都需要完成化学反应并从水中产生氢气。UH德克萨斯超导中心主任任志峰(Zhifeng Ren)是该论文的通讯作者,他表示,这种新型催化剂不仅可以使用单一催化剂进行高效操作,而且在海水和淡水中也同样有效。“与现有催化剂相比,这与有史以来最好的报道不相上下,”他说。

使用碱性海水并在准工业条件下运行,该催化剂在海水中仅使用1.56伏就可提供1000毫安/平方厘米的电流密度,在80小时的测试中保持稳定。

该催化剂在海水中的强大性能可以解决一个问题:大多数可用的催化剂在淡水中效果最好。海水的分裂更为复杂,部分原因是盐和其他矿物的腐蚀。Ren也是UH的安德森医学博士物理学教授,他说新的催化剂也能产生纯氧,避免了一些催化剂产生的腐蚀性氯气的潜在副产品。

但淡水供应日益受到干旱和人口增长的限制。相比之下,海水是丰富的。“通常情况下,即使催化剂对咸水有效,它也需要更高的能耗,”任说。“在这种情况下,需要几乎与淡水相同的能源消耗是非常好的消息。”

UH物理系副教授、论文作者之一陈硕(音译)表示,据报道,该催化剂在相对较低电压下的强电流密度降低了制氢的能源成本。“但这只是催化剂解决负担能力的一种方式,”陈说,他也是TcSUH的主要研究员。

通过使用一种材料鈥攖他在铁中加入了镍/钼/氮化合物鈥攆或者HER,然后使用循环电压触发电化学重建,以产生稍微不同的材料,氧化铁/钼/镍氧化物。对于OER,研究人员消除了对第二种催化剂的需要,同时简化了工程要求,陈说。

“如果你要在两个电极上使用两种不同的材料制造一个装置,你必须弄清楚电荷如何流过每个电极,并设计适合的结构,”她说。“在这种情况下,材料并不完全相同,因为一个(电极)经历了电化学重建,但它是非常相似的材料,因此工程更容易。”

除了任和陈,论文的研究人员还包括宁明辉、张方浩、吴立波、邢新新、王德志、宋绍伟和《基明报》,都是呃;华中师范大学;香港中文大学的罗宇。

标签:化工应用技术中心石油化工
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