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自组装百合花状超低Ru,Ni掺杂的Fe_(2)O_(3)用于大电流碱性海水电解双功能电催化
1
作者
崔彤
翟雪君
+5 位作者
郭莉莉
迟京起
张昱
朱家伟
孙雪梅
王磊
《Chinese Journal of Catalysis》
SCIE
EI
CAS
CSCD
2022年第8期2202-2211,共10页
随着环境问题的加剧和化石燃料的逐渐枯竭,探索可再生能源势在必行.由于氢气具有无污染和高能量密度的特点,被视为一种很有前途的、可以用以替代传统燃料的可再生能源.电催化分解水的方法可以在不产生有害污染物的前提下,生产高纯度的氢...
随着环境问题的加剧和化石燃料的逐渐枯竭,探索可再生能源势在必行.由于氢气具有无污染和高能量密度的特点,被视为一种很有前途的、可以用以替代传统燃料的可再生能源.电催化分解水的方法可以在不产生有害污染物的前提下,生产高纯度的氢气,因此被认为是最理想的清洁制氢技术.海水储量丰富,如果将海水作为天然电解质代替纯水应用于大规模生产氢气,可同时实现海水淡化和产氢的双重目的.与纯水分解一样,海水裂解也由两个半反应组成,包括阳极析氧反应(OER)和阴极析氢反应(HER).然而,与纯水相比,海水因存在导电率低和离子腐蚀等问题,制氢更具有挑战性.众所周知,海水中丰富的氯离子(~0.5 mol/L)可能会在阳极侧引起析氯反应(ClER),该反应会与OER发生竞争,因此,用于海水电解过程的电极材料活性位点可能被毒化.一般来说,ClER的起始电位仅比OER高约490 mV,为了避免ClER的发生,需要活性高且稳定性好的OER催化剂在低于490 mV的过电位下实现更大的电流密度.因此,利用简便可控的合成方法制备高效稳定的双功能电催化剂用于大电流碱性海水电解仍然面临巨大挑战.本文通过简单的一步水热工艺,在泡沫铁(RuNi-Fe_(2)O_(3)/IF)上可控合成了具有百合形态的自组装超低Ru,Ni掺杂的Fe_(2)O_(3),其中完整的百合形RuNi-Fe_(2)O_(3)/IF是通过调整Ru/Ni比获得的.得益于Ru/Ni的化学取代,所合成的RuNi-Fe_(2)O_(3)/IF可作为独立双功能电极,用于电催化HER和OER反应.对于HER(OER)来说,在1.0 mol/L KOH电解液中,需要75.0 mV(329.0 mV)的过电位便可驱动100 mA cm_(-2)的电流密度.此外,整体水分裂仅需1.66和1.73 V的超低电压,即可在1.0 mol/L KOH和1.0 mol/L KOH海水电解质中驱动100 mA cm^(-2)的电流,甚至超过了由贵金属催化剂组成的双电极体系,并且在100 mA cm^(-2)左右可保持100 h以上,表现出较好的耐久性.综上,本文为合成用于大电流碱性海水电解的独立式双功能电极提供了一种高效、经济的合成方法,对环境保护和能源开发具有重要意义.
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关键词
RuNi-Fe_(2)O_(3)/IF
百合花状
双功能电催化剂
碱性海水裂解
大电流密度
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职称材料
题名
自组装百合花状超低Ru,Ni掺杂的Fe_(2)O_(3)用于大电流碱性海水电解双功能电催化
1
作者
崔彤
翟雪君
郭莉莉
迟京起
张昱
朱家伟
孙雪梅
王磊
机构
生态化工教育部重点实验室
青岛科技大学化工学院
青岛科技大学环境与安全工程学院
出处
《Chinese Journal of Catalysis》
SCIE
EI
CAS
CSCD
2022年第8期2202-2211,共10页
基金
国家自然科学基金(51772162,52072197)
山东省杰出青年基金(ZR2019JQ14)
+4 种基金
山东省自然科学基金(ZR2021QE165)
山东省高等学校青年创新技术基金(2019KJC004)
重大科技创新项目(2019JZZY020405)
山东省自然科学基金重大基础研究计划(ZR2020ZD09)
泰山学者青年英才计划(tsqn201909114).
文摘
随着环境问题的加剧和化石燃料的逐渐枯竭,探索可再生能源势在必行.由于氢气具有无污染和高能量密度的特点,被视为一种很有前途的、可以用以替代传统燃料的可再生能源.电催化分解水的方法可以在不产生有害污染物的前提下,生产高纯度的氢气,因此被认为是最理想的清洁制氢技术.海水储量丰富,如果将海水作为天然电解质代替纯水应用于大规模生产氢气,可同时实现海水淡化和产氢的双重目的.与纯水分解一样,海水裂解也由两个半反应组成,包括阳极析氧反应(OER)和阴极析氢反应(HER).然而,与纯水相比,海水因存在导电率低和离子腐蚀等问题,制氢更具有挑战性.众所周知,海水中丰富的氯离子(~0.5 mol/L)可能会在阳极侧引起析氯反应(ClER),该反应会与OER发生竞争,因此,用于海水电解过程的电极材料活性位点可能被毒化.一般来说,ClER的起始电位仅比OER高约490 mV,为了避免ClER的发生,需要活性高且稳定性好的OER催化剂在低于490 mV的过电位下实现更大的电流密度.因此,利用简便可控的合成方法制备高效稳定的双功能电催化剂用于大电流碱性海水电解仍然面临巨大挑战.本文通过简单的一步水热工艺,在泡沫铁(RuNi-Fe_(2)O_(3)/IF)上可控合成了具有百合形态的自组装超低Ru,Ni掺杂的Fe_(2)O_(3),其中完整的百合形RuNi-Fe_(2)O_(3)/IF是通过调整Ru/Ni比获得的.得益于Ru/Ni的化学取代,所合成的RuNi-Fe_(2)O_(3)/IF可作为独立双功能电极,用于电催化HER和OER反应.对于HER(OER)来说,在1.0 mol/L KOH电解液中,需要75.0 mV(329.0 mV)的过电位便可驱动100 mA cm_(-2)的电流密度.此外,整体水分裂仅需1.66和1.73 V的超低电压,即可在1.0 mol/L KOH和1.0 mol/L KOH海水电解质中驱动100 mA cm^(-2)的电流,甚至超过了由贵金属催化剂组成的双电极体系,并且在100 mA cm^(-2)左右可保持100 h以上,表现出较好的耐久性.综上,本文为合成用于大电流碱性海水电解的独立式双功能电极提供了一种高效、经济的合成方法,对环境保护和能源开发具有重要意义.
关键词
RuNi-Fe_(2)O_(3)/IF
百合花状
双功能电催化剂
碱性海水裂解
大电流密度
Keywords
RuNi-Fe_(2)O_(3)/IF
Lily shape
Bifunctional electrocatalyst
Alkaline seawater splitting
Large current density
分类号
TQ116.2 [化学工程—无机化工]
TQ426 [化学工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
自组装百合花状超低Ru,Ni掺杂的Fe_(2)O_(3)用于大电流碱性海水电解双功能电催化
崔彤
翟雪君
郭莉莉
迟京起
张昱
朱家伟
孙雪梅
王磊
《Chinese Journal of Catalysis》
SCIE
EI
CAS
CSCD
2022
0
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职称材料
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