氟掺杂在碳辅助电解水制氢中强化碳氧化反应研究

面临着“双碳”目标的约束,氢能,尤其是电解水制氢技术受到了广泛的关注。然而,高能耗是制约该技术产业化的关键问题之一。基于此,提出“牺牲阳极碳辅助电解水制氢”的策略,利用碳氧化反应(COR)替代析氧反应(OER),实现能耗的大幅降低。具体是利用两步碳化法制备出F掺杂生物炭(记作F-BC-850),采用XRD、SEM-EDS、热重分析、XPS等表征手段解析F-BC-850的结构特征;通过电化学方法阐明F-BC-850与制氢性能间的构效关系。结果表明,在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)溶液中,10 mA/cm^(2)下,其能耗是传统Pt片电极的57.9%;表征结果表明,氟化铵热解产生的HF刻蚀生物炭,能够形成活性较强的C-F键,进而提升了碳氧化性能。F物种的引入改变了碳结构,促进H_(2)O分子产生*OH,并强化了碳原子对*OH的吸附能力。本工作可为碳辅助电解水制氢高效产H_(2)和生物质高值化利用提供科学依据。