【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】利用海水替代高純水為原料進行電解制氫，被認為是一項具有綠色可持續(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，這些氯離子會引發(fā)電極的腐蝕，造成不可逆轉(zhuǎn)的損害，導致電解性能急劇下降。陽極腐蝕問題仍是嚴峻的挑戰(zhàn)。
近期，中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所氫能實驗室研究員陸之毅帶領(lǐng)的電化學環(huán)境催化團隊，基于前期對海水電解陽極穩(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展。該團隊受簡單氯化銀沉淀的啟發(fā)，設(shè)計了新的表面氯化物固定策略。該策略通過在催化劑表面負載銀納米顆粒并原位生成氯化銀納米顆粒，實現(xiàn)對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。實驗結(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，可以實現(xiàn)超過5000或2500小時的穩(wěn)定性。該研究通過理論模擬和實驗結(jié)果證實，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)定性提高一個數(shù)量級以上。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《先進材料》(Advanced Materials，DOI：10.1002/adma.202306062)上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、寧波市“甬江引才工程”科技創(chuàng)新/創(chuàng)新團隊項目、浙江省重點研發(fā)計劃先導項目、寧波市“科技創(chuàng)新2025”重大專項計劃項目、國家自然科學基金和寧波市自然科學基金的支持。
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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