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国内外氢气制取最新研究进展

作者:中国储能网新闻中心 来源:INESA 发布时间:2020-12-26 浏览:

中国储能网讯:西班牙研究人员开发一种微波制氢的方法

文章信息

技术领域:氢气制取

开发单位:西班牙巴伦西亚理工大学、西班牙国家研究委员会 Serra J M

文章名称:J. M. Serra, J. M. Catalá-Civera, et al. Hydrogen production via microwave-induced water splitting at low temperature. Nature Energy, 2020.

技术突破:提出了基于固体材料的微波还原现象从水中产生非接触式氢气的方法,为氢气生产和催化反应的非侵入性带电以及气体分离和固态储能提供了新的、更简单和高能效的途径。

应用价值:可用于氢气制取、储存能源、生产合成燃料和绿色化工产品等方面。

水和绿色能源通过太阳能热化学或光催化裂解水和电解水制氢已经成为一种可持续的替代方案。水的氧化还原活化通常是通过很高的温度加热或电偶方法来实现这种非自发的平衡限制反应,即具有较大的初始正吉布斯自由能变化。

瓦伦西亚理工大学研究人员提出了基于固体材料的微波还原现象从水中产生非接触式氢气的方法。具体工作步骤为:在第一步中,微波与晶体氧化物相互作用,导致电导率瞬间上升,并伴随着材料的还原(脱氧)。这种电磁驱动的还原机制意味着电子转移与固态氧离子扩散和分子氧的表面释放耦合,从而导致非平衡的高能态;第二步中,通过与活化物质的自发反应分解水,这导致材料直接形成氢气和富氧。这项多用途的技术为氢气生产和催化反应的非侵入性带电以及气体分离和固态储能提供了新的、更简单和高能效的途径。(来源:纳米人;INESA 陈仕卿 整理)

图1  微波诱导的氧化还原循环示意图

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北京大学利用MOF纳米阵列模板构建高效全电解水催化剂获进展

文章信息

技术领域:氢气制取

开发单位:北京大学 齐利民

技术突破:合成得到的(Ru-Co)Ox催化剂具有优异的HER活性,在10 mA

cm–2电流密度下的过电位仅为44.1 mV且具有较小的Tafel斜率(23.5 mV dec–1);它同时具有出色的OER活性,在10 mA cm–2电流密度下的过电位仅为171.2 mV。

文章名称:Wang C , Qi L . Heterostructured Inter‐Doped Ruthenium–Cobalt Oxide Hollow Nanosheet Arrays for Highly Efficient Overall Water Splitting. Angewandte Chemie International Edition, 2020.

应用价值:为高效的电化学能量转换开辟了新的纳米结构阵列。

电化学分解水被认为是一项最有希望应用于大规模产氢的技术,但它需要研发高效的电催化剂,以应对由阴极氢析出反应(HER)和阳极氧析出反应(OER)的缓慢动力学引起的高过电势。

北京大学齐利民课题组利用金属有机框架(MOF)纳米阵列作为模板,通过原位转化制备得到具有独特结构的钌-钴氧化物((Ru-Co)Ox)中空纳米片阵列(图2),并将其作为双功能催化剂应用于高效的碱性全电解水。通过温和的离子交换结合低温空气中退火的方法,将生长在碳布上的Co MOF纳米片阵列转化为异质结构且互相掺杂的(Ru-Co)Ox中空纳米片阵列。合成得到的(Ru-Co)Ox催化剂具有优异的HER活性,在10 mA cm–2电流密度下的过电位仅为44.1 mV且具有较小的Tafel斜率(23.5 mV dec–1);它同时具有出色的OER活性,在10 mA cm–2电流密度下的过电位仅为171.2 mV。应用于高效的碱性全电解水时,中空(Ru-Co)Ox纳米片阵列在10 mA cm–2电流密度下仅需要1.488 V的槽电压。这项工作为设计合成可应用于高效电化学能量转换的具有理想组成和结构的纳米阵列开辟了一条新的途径。(来源:北京大学;INESA 陈仕卿 整理)

图2 在碳布上制造中空(Ru-Co)Ox纳米片阵列的过程示意图

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关键字:制氢

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