氫能被譽為清潔能源的“未來之星”，如何高效、低成本地制備氫氣成為科研界與產業(yè)界共同關注的焦點。記者10月9日獲悉，西安交通大學化學工程與技術學院研究員趙旭團隊在陰離子交換膜電解水制氫催化劑制備方面取得重要進展，為解決陽極催化劑在強腐蝕條件下結構失穩(wěn)、活性下降的難題提供了新路徑。這項研究成果近日發(fā)表于國際期刊《德國應用化學》。
“陰離子交換膜電解槽結合了傳統(tǒng)堿性和質子交換膜電解槽的優(yōu)點，被認為是有力實現高效低能耗制氫的技術路線。但陽極析氧反應過程中，催化劑容易發(fā)生結構重構，導致性能衰減，制約了其大規(guī)模應用。”趙旭介紹道。
針對這一瓶頸問題，團隊提出了一種“氟介導穩(wěn)定重構”策略，通過在催化劑制備過程中提前引入氟離子，增強金屬與氟的鍵合作用，從而在電解水工作條件下引導非晶態(tài)羥基氧化鈷納米片形成規(guī)整化的長程無序結構。
“簡單來說，我們像是給催化劑預先做了一次穩(wěn)定性訓練。”趙旭解釋道，“氟離子的介入，就像在催化劑骨架中埋入‘錨點’，在后續(xù)反應過程中穩(wěn)定鈷位點，使其在強堿、高電位環(huán)境下仍能保持有序的非晶結構，從而顯著提升活性和耐久性。”
實驗表明，該催化劑在陰離子交換膜電解槽中表現出優(yōu)異的性能：制氫電流達到商用貴金屬催化劑的5倍，每標準立方米氫氣耗電量僅為3.7千瓦時，且在80攝氏度和工業(yè)級電流密度下連續(xù)運行1200小時，性能幾乎未見衰減。
“這項工作的核心突破，在于我們實現了在真實工況下對催化劑重構行為的‘精準調控’。”團隊博士生、論文第一作者趙靜璇介紹，“這種結構不僅增強了金屬與氧的共價性，觸發(fā)晶格氧參與反應，還通過引入拉伸應變促進氧物種的再生，實現動態(tài)平衡。”
趙旭表示，該策略具有工藝簡便、易于放大的特點，為開發(fā)高性能、低成本的電解水制氫裝置提供了新思路，有望推動氫能制備技術向更節(jié)能、更穩(wěn)定的方向發(fā)展。
氫能被譽為清潔能源的“未來之星”，如何高效、低成本地制備氫氣成為科研界與產業(yè)界共同關注的焦點。記者10月9日獲悉，西安交通大學化學工程與技術學院研究員趙旭團隊在陰離子交換膜電解水制氫催化劑制備方面取得重要進展，為解決陽極催化劑在強腐蝕條件下結構失穩(wěn)、活性下降的難題提供了新路徑。這項研究成果近日發(fā)表于國際期刊《德國應用化學》。
“陰離子交換膜電解槽結合了傳統(tǒng)堿性和質子交換膜電解槽的優(yōu)點，被認為是有力實現高效低能耗制氫的技術路線。但陽極析氧反應過程中，催化劑容易發(fā)生結構重構，導致性能衰減，制約了其大規(guī)模應用。”趙旭介紹道。
針對這一瓶頸問題，團隊提出了一種“氟介導穩(wěn)定重構”策略，通過在催化劑制備過程中提前引入氟離子，增強金屬與氟的鍵合作用，從而在電解水工作條件下引導非晶態(tài)羥基氧化鈷納米片形成規(guī)整化的長程無序結構。
“簡單來說，我們像是給催化劑預先做了一次穩(wěn)定性訓練。”趙旭解釋道，“氟離子的介入，就像在催化劑骨架中埋入‘錨點’，在后續(xù)反應過程中穩(wěn)定鈷位點，使其在強堿、高電位環(huán)境下仍能保持有序的非晶結構，從而顯著提升活性和耐久性。”
實驗表明，該催化劑在陰離子交換膜電解槽中表現出優(yōu)異的性能：制氫電流達到商用貴金屬催化劑的5倍，每標準立方米氫氣耗電量僅為3.7千瓦時，且在80攝氏度和工業(yè)級電流密度下連續(xù)運行1200小時，性能幾乎未見衰減。
“這項工作的核心突破，在于我們實現了在真實工況下對催化劑重構行為的‘精準調控’。”團隊博士生、論文第一作者趙靜璇介紹，“這種結構不僅增強了金屬與氧的共價性，觸發(fā)晶格氧參與反應，還通過引入拉伸應變促進氧物種的再生，實現動態(tài)平衡。”
趙旭表示，該策略具有工藝簡便、易于放大的特點，為開發(fā)高性能、低成本的電解水制氫裝置提供了新思路，有望推動氫能制備技術向更節(jié)能、更穩(wěn)定的方向發(fā)展。
本文鏈接：新制備方法提升電解水制氫催化劑耐久性http://www.sq15.cn/show-2-14000-0.html
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