通过海水电解创新可持续氢气生产

Josiah02

海水电解作为全球能源行业脱碳的手段，前景广阔。然而，氯离子腐蚀阳极、不必要的氯氧化反应以及催化剂成本高昂等挑战阻碍了直接海水电解的发展。
为了解决这些问题，自支撑镍铁 (NiFe) 材料因其高固有活性和价格实惠而成为氢释放和氧释放的有吸引力的双功能催化剂。木质碳 (WC) 结构因其分级多孔性质和优异的导电性而成为这些活性材料的理想基质，引起了人们的关注。
为了提高海水电解中镍铁基电极的稳定性，中国南方科技大学陈宏教授、澳大利亚新南威尔士大学倪秉杰教授和澳大利亚科廷大学邵宗平教授设计了一种新方法。这项研究发表在《科学通报》上。
通过在活性NiFe基催化剂中引入钨，阳极的抗腐蚀性能和稳定性得到显著提高。通过浸渍和硫化的特殊制备方法，开发了创新的WC负载W掺杂NiFe硫化物（W-NiFeS / WC）电极，用于高效的海水全电解。
研究团队发现，W-NiFeS/WC 电极具有三维分级多孔结构，具有定向微通道、紧密锚定的 W-NiFeS 纳米颗粒和高孔隙率，从而提高了其电导率和效率。丰富的氧化还原活性中心、优异的电催化性能以及在碱性海水条件下的稳定性进一步增强了电极的性能。
创新电极在碱性海水中的析氧反应（OER）和析氢反应（HER）中均表现出优异的活性和稳定性，优于传统催化剂。
“W-NiFeS/WC 在 OER 中的原位结构演变会在活性 Ni/Fe 羟基氧化物表面产生抗腐蚀的钨酸盐和硫酸盐物质。此外，自演变的 W-NiFeS 修饰的 NiFeOOH 可以有效催化 HER，”第一作者陈志杰说。其低制造成本和高效率使其成为海水电解的有力选择，为可持续氢燃料生产的进步做出了重大贡献。
这项研究不仅强调了结构重构对于能量转换反应的重要性，还展示了木材废料衍生碳结构在先进电化学装置设计中的潜力。此外，通过将丰富的木材废料重新利用为海水电解的高效催化剂，这项工作体现了循环经济的方法，最大限度地减少了废物的产生，并促进了可持续的绿色海水制氢。
更多信息： 陈志杰等，在分级多孔碳化木材上重建防腐活性表面以实现高效的海水全电解，Science Bulletin (2024)。DOI ：10.1016/j.scib.2024.05.044