當(dāng)前位置 : 
服務(wù)熱線
010-63716865
光解水制氫的金屬有哪些-陽(yáng)極氧化的鋼
發(fā)布時(shí)間：2022-11-02 瀏覽量：2326
一、研究背景：
人類(lèi)社會(huì)對(duì)煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源的需求量與日俱增。傳統(tǒng)能源消耗帶來(lái)的空氣污染和溫室效應(yīng)，正在推動(dòng)我們優(yōu)化能源管理。電轉(zhuǎn)氣技術(shù)被認(rèn)為是一種有效的能源管理策略，將多余的電能通過(guò)水的電解轉(zhuǎn)化為具有高能量密度的綠色能源――氫氣。然而，目前水電解電極材料十分昂貴，且效率低、不穩(wěn)定，只有4%的氫是通過(guò)電解水產(chǎn)生的。因此，如何降低電解水生氫的成本是世界范圍內(nèi)的新興課題。
二、研究工作簡(jiǎn)單介紹
近日， 澳門(mén)大學(xué)潘暉教授，王雙鵬教授，聯(lián)合中南大學(xué)李瑞迪教授，福州大學(xué)湯育欣教授等人采用簡(jiǎn)單、快速的陽(yáng)極氧化方法處理3D 打印的Aermet 100 馬氏體鋼，制備了可以在大電流下穩(wěn)定工作的高效堿性電解水雙功能催化劑，為提高工業(yè)綠色制氫提供了新思路。
僅通過(guò)3分鐘陽(yáng)極氧化處理，形成的鋼基催化劑具有低過(guò)電位、高的電流密度及高電流密度下高穩(wěn)定性等特點(diǎn)。在 3.18 V 的過(guò)電勢(shì)下即可實(shí)現(xiàn) 570 mA cm-2 的全解水電流密度，且穩(wěn)定性超過(guò) 140 小時(shí)。進(jìn)一步研究表明，相同方法得到的大尺寸的鋼可以在高達(dá) 20 A 的電流下正常工作，因而極具工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
該文章發(fā)表在國(guó)際期刊Advanced Functional Materials上。澳門(mén)大學(xué)博士研究生周鵬飛、中南大學(xué)博士研究生牛朋達(dá)和上海光源劉吉山博士為本文第一作者。澳門(mén)大學(xué)潘暉教授、王雙鵬教授，中南大學(xué)李瑞迪教授和福州大學(xué)湯育欣教授為共同通訊作者。
三、核心內(nèi)容表述部分
3.1 基礎(chǔ)性知識(shí)介紹
為了提高綠氫的市場(chǎng)占有率，研發(fā)高效、低價(jià)、穩(wěn)定性好、可以大批量生產(chǎn)的電解水催化劑尤為重要。Aermet 100 馬氏體鋼，含有具有高效催化性能的Fe, Co, Ni等元素，且耐腐蝕性較差，進(jìn)行表面處理后，可快速提高其催化活性，且該鋼價(jià)格低廉、可以大批量和大面積制備，有利降低工業(yè)成本。因此，本工作中采用3D打印制備的大尺寸Aermet 100 馬氏體鋼，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)在3.5%wt 的NaCl溶液中進(jìn)行快速的陽(yáng)極氧化處理，可以顯著提高其在大電流密度下的HER和OER性能和穩(wěn)定性。最終實(shí)現(xiàn)在 3.18 V 過(guò)電勢(shì)條件下就能實(shí)現(xiàn) 570 mA cm-2 的全解水電流密度和超過(guò) 140 小時(shí)內(nèi)的穩(wěn)定性，并且大尺寸的鋼（90 mm × 90 mm × 3.5 mm）可以在高達(dá) 20 A 的電流下正常工作。
3.2 您是如何展開(kāi)研究，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡?？每一?xiàng)表征的目的是要說(shuō)明什么問(wèn)題？
通過(guò)在3.5%wt 的NaCl溶液中快速陽(yáng)極氧化（3min）處理其表面提高其催化活性。通過(guò)XRD，SEM，TEM， Raman 和XPS 等技術(shù)表征探討陽(yáng)極氧化的過(guò)程。結(jié)果表明陽(yáng)極氧化處理可以脫去Aermet 100 馬氏體鋼的表面的α’ 相，并在其表面形成由多金屬氧化物和羥基氧化物組成的催化活性層。原位拉曼表征揭示了其在堿性電解水過(guò)程中的機(jī)理，多金屬氧化物/羥基氧化物的協(xié)同作用，使其在大電流密度下具有顯著的堿性電解水性能（優(yōu)異的HER， OER 和全解水性能）。
3.3 最終核心結(jié)論
我們提出陽(yáng)極氧化的 3D 打印 AerMet100 馬氏體鋼可以作為一種高效的雙功能電催化劑。其制備成本低、可批量化生產(chǎn)且能在大電流下保持穩(wěn)定、高效的工作，適應(yīng)于工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)水電解電極的要求。 通過(guò)簡(jiǎn)單快速的陽(yáng)極氧化，鋼基催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的雙功能催化性能，在 OER、HER 和整體水分解中均表現(xiàn)出低過(guò)電勢(shì)、高電流密度以及在高電流密度下的超長(zhǎng)穩(wěn)定性。
重要的是，陽(yáng)極氧化鋼可以在高達(dá) 20 A 的高電流下工作。我們認(rèn)為，其優(yōu)異性能來(lái)自于：（1）具有孔和層狀結(jié)構(gòu)的無(wú)粘合劑自支撐結(jié)構(gòu)。(2)多組分羥基氧化物，以鋼表面的氧化物為活性層。(3) 金屬的多價(jià)態(tài)。(4) 豐富的界面、O空位和缺陷。
我們的研究表明，通過(guò)修飾由有缺陷的多種金屬氧化物/氫氧化物組成的表面活性層，是一種實(shí)現(xiàn)高效鋼基電催化劑的有效策略，而基于此法實(shí)現(xiàn)的陽(yáng)極氧化鋼在綠色制氫工業(yè)中具有巨大的實(shí)用化潛力。
