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01

2018

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多級(jí)結(jié)構(gòu)高活性電解水電極

來(lái)源：

　　隨著化石燃料快速消耗及環(huán)境污染等問(wèn)題日益嚴(yán)重，發(fā)展可再生能源勢(shì)在必行。氫能因其具有清潔和可再生等特點(diǎn)，被認(rèn)為有望取代傳統(tǒng)化石燃料。深度利用氫能的關(guān)鍵在于低成本、規(guī)?；刂苽錃錃?。電解水制氫是有效途徑之一，但其陽(yáng)極析氧反應(yīng)（OER）和陰極析氫反應(yīng)（HER）目前仍然表現(xiàn)出較高的過(guò)電位，極大地限制了電解水制氫的效率。目前為止，貴金屬材料Pt/C和IrO2分別是HER和OER高效的催化劑，但是它們高昂的價(jià)格和有限的存儲(chǔ)量限制了其大規(guī)模應(yīng)用。盡管非貴金屬HER、OER催化劑的研究取得了一系列進(jìn)展，仍然存在一些挑戰(zhàn)。例如，如何簡(jiǎn)易、規(guī)?；刂苽涓呋钚远嗉?jí)納米結(jié)構(gòu)化電極，實(shí)現(xiàn)大電流密度下的全水電解仍是亟待解決的問(wèn)題與挑戰(zhàn)之一。
　　最近，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所胡勁松研究員課題組與河北師范大學(xué)李冀輝教授合作，報(bào)道了一種簡(jiǎn)易的化學(xué)刻蝕法，將工業(yè)NiAl合金浸泡于強(qiáng)堿溶液中，由于金屬Al容易被強(qiáng)堿刻蝕，同時(shí)金屬Ni容易與強(qiáng)堿反應(yīng)，從而在與NiAl合金基底上直接生成Ni(OH)2納米片陣列，形成了具有高度孔隙的多級(jí)結(jié)構(gòu)骨架Ni(OH)2/NiAl。電化學(xué)研究表明該骨架表現(xiàn)出較好的OER催化劑性能，在電流密度為10和100 mA cm-2處的過(guò)電位分別為289和425 mV。在此基礎(chǔ)上，研究人員通過(guò)簡(jiǎn)單的電沉積方法，將對(duì)析氫反應(yīng)具有更高活性的NiMo合金，以及對(duì)析氧反應(yīng)具有更高活性NiFe合金分別沉積在Ni(OH)2/NiAl活性骨架上，通過(guò)活性物質(zhì)與三維多級(jí)活性骨架結(jié)構(gòu)的復(fù)合，獲得了更加高效的析氫電極NiMo/Ni(OH)2/NiAl和析氧電極NiFe/Ni(OH)2/NiAl。所得復(fù)合析氫電極在10 mA cm-2處的過(guò)電位僅為78 mV；并且復(fù)合析氧電極在電流密度為10、100和500 mA cm-2處的過(guò)電位分別僅為246、315和374 mV。由這兩個(gè)電極構(gòu)成的堿性條件下電解水裝置在10 mA cm-2電流密度下的槽壓僅為1.59 V。
　　由于此項(xiàng)研究工作中電解水電極的制備方法極其簡(jiǎn)單，原料易得，可以通過(guò)直接在堿性電解液中浸泡工業(yè)NiAl合金就可實(shí)現(xiàn)高效水電解，同時(shí)多級(jí)電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有利于實(shí)現(xiàn)在電流密度下的電解水，因此十分方便規(guī)模化制備及實(shí)際工業(yè)應(yīng)用，有望實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)與應(yīng)用。這種通過(guò)刻蝕工業(yè)合金制備具有多級(jí)納米結(jié)構(gòu)的電化學(xué)裝置電極的方法也為設(shè)計(jì)其它高活性電極提供了新的思路。

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