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    寧波材料所在海水電解陽極穩定性研究方面取得新進展

    文章來源:寧波材料技術與工程研究所  |  發布時間:2023-11-08  |  【打印】 【關閉

      

      利用海水替代高純水為原料進行電解制氫是一項被認為具有綠色可持續潛力的新技術。海水中含有大量的氯離子(Cl-),特別是在陽極的情況下,這些氯離子會引發電極的腐蝕,造成不可逆轉的損害,導致電解性能急劇下降。陽極腐蝕問題仍然是一個嚴重挑戰。

      近期,中國科學院寧波材料技術與工程研究所氫能實驗室陸之毅研究員帶領的電化學環境催化團隊,基于前期對海水電解陽極穩定性的研究(Research 2020, 2020, 2872141; Angew. Chem. Int. Edit. 2021, 60, 22740),在海水電解陽極穩定性研究方面取得了新的進展。該團隊受簡單氯化銀沉淀的啟發,設計了一種新的表面氯化物固定策略,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定性。實驗結果表明,經過優化的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,可以實現超過5000或2500小時的穩定性。通過理論模擬和實驗結果,證實了在陽極表面形成的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,可以將海水分解用的陽極的穩定性提高一個數量級以上。這項研究解決了海水電解制氫技術中的重要問題,為其商業化應用提供了新的可能性。

      該項研究成果發展了一種有效提高陽極穩定性的普適性策略,將大大加快堿性低品質水(如自來水和天然水)的電解技術在工業規模上的商業化進程。工作以“Ag Nanoparticle-Induced Surface Chloride immobilization Strategy Enables Stable Seawater Electrolysis”為題發表在國際知名期刊Advanced Materials上(DOI: 10.1002/adma.202306062)。

      該研究得到了國家重點研發計劃(2021YFA1502200)、寧波市“甬江引才工程”科技創新/創新團隊(2021A-036-B)、浙江省研發計劃先導項目(2022C01158)、寧波市科技新2025重大專項計劃項目(2022Z205、2020Z107)、國家自然科學基金(22105214、52201285、22379154)、寧波市自然科學基金(2022J296)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據圖。(i)NiFe-LDH和NiFe-LDH@Ag陽極在不同電解液中的穩定性

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