南開(kāi)研制高效電解水制氫催化劑
文章來(lái)源：中化新網(wǎng) 更新時(shí)間：2024-08-12 11:16:18
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滿足陰離子交換膜制氫技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用需求
中化新網(wǎng)訊 日前，南開(kāi)大學(xué)羅景山教授團(tuán)隊(duì)等在電催化水分解制氫研究中取得重要進(jìn)展。他們利用金屬載體相互作用構(gòu)筑了堿性條件高活性析氫催化劑，能夠在每平方厘米5安培的大電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)1000小時(shí)，滿足了陰離子交換膜(AEM)電解水制氫技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用的需求。相關(guān)研究成果在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》發(fā)表。 AEM制氫技術(shù)被認(rèn)為是第三代電解水制氫技術(shù)。它集堿性電解水與質(zhì)子交換膜電解水兩種電解水制氫技術(shù)優(yōu)勢(shì)于一體，具有高效率、低成本、快速啟停等特點(diǎn)，但在大電流密度下電解槽系統(tǒng)穩(wěn)定性不足限制了其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)大電流密度下壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定的堿性析氫催化劑是AEM制氫技術(shù)亟待解決的核心問(wèn)題之一。 據(jù)羅景山介紹，當(dāng)前的電解水過(guò)程大多使用鉑基材料作為析氫反應(yīng)催化劑，性能優(yōu)良但成本較高。釕作為價(jià)格較低的貴金屬，具有高催化活性和良好的耐久性，是鉑的理想替代品，具有較好的應(yīng)用前景。“已被報(bào)道的堿性條件下的釕基析氫催化劑大多是在低電流密度下進(jìn)行測(cè)試。能夠在大電流密度下保持電催化劑的高性能，從而滿足大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的需要，是我們團(tuán)隊(duì)攻關(guān)的核心問(wèn)題。”羅景山說(shuō)。 由載體和貴金屬組成的非均相催化劑是能量轉(zhuǎn)換、化學(xué)合成和污染物降解等領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。載體和金屬的相互作用會(huì)影響催化劑的性能。團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，釕納米顆粒與氮化鈦載體之間具有強(qiáng)相互作用，能有效調(diào)節(jié)釕納米顆粒的電子結(jié)構(gòu)，優(yōu)化氫中間體的吸附能，提高催化活性。 “我們使用氮化鈦負(fù)載的釕納米顆粒催化劑作為析氫反應(yīng)催化劑組裝了AEM電解槽，在每平方厘米0.5安培、1安培和2安培的電流密度下分別實(shí)現(xiàn)了70.1%、64.3%和58.0%的能量效率，并能在上述電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)1000小時(shí)，性能幾乎沒(méi)有衰減。”南開(kāi)大學(xué)博士生趙佳說(shuō)。 “在每平方厘米5安培的工業(yè)級(jí)電流密度下，我們的研究成果能夠在AEM電解槽中高效穩(wěn)定運(yùn)行，滿足了AEM制氫大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的需求。”羅景山說(shuō)，未來(lái)，該團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)投入到綠氫制備技術(shù)的自主研發(fā)之中，促進(jìn)科技成果盡快轉(zhuǎn)化落地，為構(gòu)建零碳、低成本、安全可靠的綠氫能源供給體系貢獻(xiàn)力量。
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