【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】利用海水替代高純水為原料進(jìn)行電解制氫，被認(rèn)為是一項(xiàng)具有綠色可持續(xù)潛力的新技術(shù)。海水中含有大量的氯離子(Cl-)，特別是在陽極的情況下，這些氯離子會(huì)引發(fā)電極的腐蝕，造成不可逆轉(zhuǎn)的損害，導(dǎo)致電解性能急劇下降。陽極腐蝕問題仍是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所氫能實(shí)驗(yàn)室研究員陸之毅帶領(lǐng)的電化學(xué)環(huán)境催化團(tuán)隊(duì)，基于前期對(duì)海水電解陽極穩(wěn)定性的研究，在海水電解陽極穩(wěn)定性研究方面取得了新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)受簡(jiǎn)單氯化銀沉淀的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了新的表面氯化物固定策略。該策略通過在催化劑表面負(fù)載銀納米顆粒并原位生成氯化銀納米顆粒，實(shí)現(xiàn)對(duì)電極表面雙電層電容中的氯離子的特異性排斥，從而顯著提高了海水電解中陽極的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過優(yōu)化的NiFe層狀雙氫氧化物(LDH)@Ag電極在1 M NaOH + 0.5 M NaCl或1 M NaOH + 海水電解液中以400 mA cm-2的電流密度工作時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)超過5000或2500小時(shí)的穩(wěn)定性。該研究通過理論模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，在陽極表面形成的AgCl可以顯著降低陽極表面附近的游離Cl-離子濃度。此外，該表面氯化物固定策略還在不同催化材料上得到了驗(yàn)證，揭示了一種通用性方法，可將海水分解用的陽極的穩(wěn)定性提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。這一研究解決了海水電解制氫技術(shù)中的重要問題，為其商業(yè)化應(yīng)用提供了新的可能性。
該成果發(fā)展了有效提高陽極穩(wěn)定性的普適性策略，將加快堿性低品質(zhì)水(如自來水和天然水)的電解技術(shù)在工業(yè)規(guī)模上的商業(yè)化進(jìn)程。相關(guān)研究成果以Ag Nanoparticle-Induced Surface Chloride immobilization Strategy Enables Stable Seawater Electrolysis為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials，DOI：10.1002/adma.202306062)上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、寧波市“甬江引才工程”科技創(chuàng)新/創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃先導(dǎo)項(xiàng)目、寧波市“科技創(chuàng)新2025”重大專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金和寧波市自然科學(xué)基金的支持。
圖1. (a)Cl-攻擊水滑石電極示意圖；(b)表面修飾Ag顆粒后，有效排斥溶液中自由氯離子示意圖。
圖2. (a-d)NiFe-LDH和NiFe-LDH@Ag在堿性鹽電解液和海水中的CV、Tafel曲線和阻抗譜；(e-h)堿性鹽電解液中不同電位下NiFe-LDH和NiFe-LDH@Ag的Bode圖、等效電路模型和擬合數(shù)據(jù)圖；(i)NiFe-LDH和NiFe-LDH@Ag陽極在不同電解液中的穩(wěn)定性。
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