作者: 黄辛 来源:中国科学报 发布时间:2019/12/6 18:10:30
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华东师范大学电催化制氢研究获重要成果

 

华东师大化学与分子工程学院上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室特聘教授施剑林院士与青年教师陈立松博士在有机物辅助电催化析氢领域取得重要进展。相关研究成果近日发表于《自然—通讯》。

氢气因具有能量密度高、清洁高效等诸多优点而被誉为未来最有前景的能源载体。电解水制氢技术可以将难以并网利用的电能转化为氢气,具有能量转化效率高、产氢速率快、氢气纯度高等优势,是目前制备高纯氢气的最理想方案之一。 然而,电催化制氢面临着阳极析氧反应(OER)动力学缓慢,产生的氧气附加值较低等问题,且存在与阴极产生的氢气混合而发生爆炸的危险。

为此,华东师大研究人员提出在电解液中加入廉价有机物,以有机物的氧化反应取代OER过程。有机物辅助电催化析氢,不仅解决了电解过程中阳极过电位大的问题,还能得到高附加值产品。研究人员经过深入探索,研制了一种新型电催化剂:Ni—Mo—N/CFC纳米片,该材料可以同时作为甘油辅助电催化析氢电解池的阴极和阳极催化剂,高效率实现了电催化生产高纯氢气和高附加值的甲酸盐。

在最新研究工作中,基于过渡金属基氮化物具有较低电阻和较高机械稳定性的优点,该课题组通过水热法在碳纤维布上生长了镍钼化合物NiMo—Pre/CFC,而后通过高温氮化得到镍钼氮化物(Ni—Mo—N/CFC)。电化学实验表明,以甘油为辅助物,Ni—Mo—N/CFC催化剂在阳极可将甘油氧化生成高附加值的甲酸盐,同时提供电子促进水分解生产氢气。在该体系中,氢气和甲酸盐生产的法拉第效率可高达99.7%和95%。有机物辅助电催化析氢策略显著降低了电催化制氢的能耗,得到了高附加值阳极产物,避免了氢氧混合可能发生的爆炸危险。

专家表示,这项研究策略对于可再生能源发展提供了新思路,有望进一步发展成为一种高效节能,具有潜在应用前景的新技术。

据悉,华东师大博士研究生李妍、魏新发为论文共同第一作者,施剑林与陈立松为论文共同通讯作者,何鸣元院士为研究工作开展提供了重要指导。华东师范大学为论文第一作者单位。该研究得到了国家自然科学基金、上海市扬帆计划、国家博士后科研基金以及高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室开放项目的资助。

相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41467-019-13375-z

 
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