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余颖传授课题组关于电解海水制氢的打破性停顿效果在《天然·通讯》发布
著作人:高玉茜编辑:曹世生
公布日期 2019-11-22 15:21:01

华大在线讯(通讯员 高玉茜)克日,bob体育物文科学与技能学院余颖传授课题组与美国休斯顿大学任志锋传授课题组协作,在海水污染和制氢范畴获得了紧张研讨停顿,相干效果发布在国际威望学术期刊《天然·通讯》 (DOI: 10.1038/s41467-019-13092-7; 详见http://www.nature.com/articles/s41467-019-13092-7 )。该论文的第一完成单元为bob体育物文科学与技能学院,第一著作人是bob体育物文科学与技能学院结业的博士研讨生余罗,他现在在美国休斯顿大学从事博士后研讨。

众所周知,人类生活所必须的海水资源却极端有限,仅占环球总水量的3.5%左右,因而海水淡化就成为处理可饮用水资源充足题目的一个紧张途径,但是现在普遍运用的蒸馏法和膜处置法都存在本钱过高的题目。别的,氢能是无望替换传统化石动力的新一代干净动力,电解水是一种绿色且高效的大范围制备氢气的办法,但是现在简直一切的体系都运用海水资源作为电解液,这无疑加剧了海水资源充足题目。假如间接电解海水消费氢气,氢气作为燃料又会消费高纯度海水,将同时完成海水污染和产氢的目标,可谓一箭双雕。但是,与海水差别,海水身分十分庞大,此中高浓度的Cl离子不只会在阳极与电解水的产氧反响(OER)发作竞争,更会严峻腐化大局部含有金属元素的催化剂。因而,在极端有限的电解海水报道中,催化剂的活性和波动性都比拟差。怎样研发便宜且高效的催化剂资料用于电解海水制氢就成为应战性极高的研讨课题。


图(a)热电器件驱动电解槽电解海水表示图;(b)差别电解液和温度下电解海水的功能测试后果;(c)热电器件驱动电解槽电解海水的功能测试后果。

针对以上应战,余颖传授和任志锋传授课题组协作在近几年发布于Nano Energy (2018, 53: 492; 2017, 41: 327)、 Energy & Environmental Science (2017, 10: 1820; 热门论文)等关于电解海水任务的根底上,选择过渡金属氮化物作为研讨工具,将NiFeN纳米颗粒平均地修饰在NiMoN纳米棒下面,在泡沫Ni基底上制备了NiMoN@NiFeN的三维核壳纳米构造电极,此中外部的NiMoN纳米棒的优秀导电性保证了电荷疾速高效地从NiMoN传输到NiFeN外表,内部的NiFeN纳米颗粒在OER进程中会原位构成一层无定形的NiFeOx和NiFeOOH,该无定形薄层不只是OER真正的活性物种,也极大提拔了催化剂的抗腐化性;别的,该催化剂共同的三维核壳纳米构造提供了超大的比外表积和丰厚的活性位点,使得NiMoN@NiFeN催化剂在电解海水的OER进程中体现出优秀的电催化活性和波动性。我们进一步将该OER催化剂和另一产氢反响(HER)催化剂NiMoN组合搭建了一个碱性电解槽,用于全剖析海水测试(图a)。在60℃的碱性海水中,电流密度到达产业要求的500和1000 mA/cm2时,所需电位辨别是 1.608和1.709 V(图b),该功能优于现在一切的全剖析海水的电解槽,并且该电解槽还可以高效地由一个热电器件(把热能转换为电能的安装)来驱开工作(图a),在温差辨别是40、50和60℃条件下,该电解槽可以波动输入相应的电流(图c),标明我们可以无效天时用废热来电解海水制氢,表现了宽广的使用远景。

上述研讨失掉了国度天然迷信基金、武汉市使用根底研讨方案项目以及地方高校根本科研业务经费的赞助。

(审稿人:俞云伟)



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