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電解水制氫將有高穩定性析氧催化劑

來(lái)源:科技日報 時(shí)間:2024-01-19 08:36:27 瀏覽次數:

1月15日從昆明理工大學(xué)獲悉,該校非常規冶金團隊與伊比利亞國際納米科技實(shí)驗室、香港理工大學(xué)、中國科學(xué)院上海高等研究院等合作,在高穩定性析氧催化劑構筑方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于國際期刊《先進(jìn)材料》。析氧反應是電解水的半反應之一,具有復雜的四電子轉移過(guò)程,是限制電解水綠色制氫整體能量效率的瓶頸。電解水過(guò)程效率的提高,有賴(lài)于高效析氧催化劑的構筑。但在苛刻的工業(yè)條件下,獲得高度穩定析氧反應電催化劑仍是極大的挑戰。在這項最新研究中,昆明理工大學(xué)非常規冶金團隊張利波教授、胡覺(jué)教授等人,就非貴金屬高熵合金和高熵氧化物——鐵鈷鎳錳鉻五元異質(zhì)結構進(jìn)行原位重構,從而在工業(yè)條件下實(shí)現了高度穩定析氧。

    1月15日從昆明理工大學(xué)獲悉,該校非常規冶金團隊與伊比利亞國際納米科技實(shí)驗室、香港理工大學(xué)、中國科學(xué)院上海高等研究院等合作,在高穩定性析氧催化劑構筑方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于國際期刊《先進(jìn)材料》。

  析氧反應是電解水的半反應之一,具有復雜的四電子轉移過(guò)程,是限制電解水綠色制氫整體能量效率的瓶頸。電解水過(guò)程效率的提高,有賴(lài)于高效析氧催化劑的構筑。但在苛刻的工業(yè)條件下,獲得高度穩定析氧反應電催化劑仍是極大的挑戰。在這項最新研究中,昆明理工大學(xué)非常規冶金團隊張利波教授、胡覺(jué)教授等人,就非貴金屬高熵合金和高熵氧化物——鐵鈷鎳錳鉻五元異質(zhì)結構進(jìn)行原位重構,從而在工業(yè)條件下實(shí)現了高度穩定析氧。

  基于這種非貴金屬高熵合金和高熵氧化物的異質(zhì)結構,金屬顆粒可通過(guò)與高熵氧化物的強相互作用在析氧反應電催化過(guò)程中獲得穩定。此外,由于與鄰近高熵氧化物存在排斥作用,含氧中間產(chǎn)物在活性金屬位點(diǎn)上的強結合力在很大程度上被削弱,從而改善了析氧反應動(dòng)力學(xué),提高了非貴金屬高熵合金和高熵氧化物催化劑的穩定性。

  該催化劑是通過(guò)早期過(guò)渡金屬誘導的非貴金屬高熵合金原位相變合成的,其相變激發(fā)了暴露在催化劑表面的大量活性非貴金屬高熵合金和高熵氧化物界面,從而加速了析氧反應過(guò)程。憑借這種獨特策略,研究團隊制備的這種五元異質(zhì)催化劑,在100毫安/平方厘米電流密度下,100小時(shí)后顯示出247毫伏的超低過(guò)電位。即便工業(yè)條件苛刻,該催化劑在500毫安/平方厘米電流密度下保持500小時(shí)后,活性損失幾乎可以忽略不計,具有出色的長(cháng)期穩定性。

  研究顯示,高熵氧化物的形成誘導了軌道位錯效應,不僅提供了高電活性的位點(diǎn),而且促進(jìn)了位點(diǎn)間的電子轉移,增強了電活性,實(shí)現了高效持久析氧反應。這為設計基于非貴金屬高熵合金的精細異質(zhì)結構提供了思路,同時(shí)為構筑高效、穩定的工業(yè)電解水催化劑提供了新視角。

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