电解水生产绿色氢燃料对可再生能源的未来至关重要。目前,成熟的低温水电解技术,无论是碱性电解槽还是质子交换膜基电解槽,都采用高纯水作为原料。如果在不久的将来使用电解水来生产世界上绝大多数的能源,可能会出现淡水资源的短缺。 相比之下,海水占地球水储量的96。5,是一种几乎无限的资源,也可以视为天然的电解质原料。然而,由于天然海水成分复杂,存在电极副反应以及海水相关的材料腐蚀,直接分解海水的技术仍处于起步阶段。如果想电解海水制氢,对于传统的电解器,就必须事先进行淡化及其他纯化处理,工艺的运行和维护成本都会大大增加。 近日,一篇发表于NatureEnergy的研究表明,在无需预处理的情况下,研究人员就能够直接电解海水生产绿色氢燃料。研究团队由阿德莱德大学化学工程学院的乔世璋教授、郑尧副教授以及天津大学化工学院的凌涛教授带领。 文献截图 他们使用一种廉价的非贵金属催化剂表面带有氧化铬(Cr2O3)的氧化钴(CoO),能够以近100的效率将天然海水电解为氧气和氢气。 郑尧副教授介绍说:我们使用海水作为原料,不需要任何类似反渗透脱盐、净化或碱化的预处理,就能够电解制氢。对于一般的商业电解装置,我们的催化剂在海水中运行的性能,接近于现有的高纯水原料中运行的铂铱贵金属催化剂性能。 研究团队在一系列常见的催化剂上引入了路易斯酸层,控制其局部反应微环境,直接进行海水电解。这是一种通用策略,可以应用于不同的催化剂,无需专门设计催化剂和电解槽。这种Cr2O3改性催化剂在局部碱性环境上原位生成,活性显著提高,同时避免形成有害含氯物质以及沉淀物。 带Cr2O3改性催化剂的流动式海水电解槽在500mAcm2下提供长达100小时的良好稳定性,并在1。87V和60C条件下表现出1。0Acm2电流密度,满足工业生产需要。该团队今后将致力于将该催化剂应用于更大的电解槽中,来扩大该系统的规模,以便满足实际的工业生产,如氢燃料电池和合成氨工业等。 参考文献 〔1〕Guo,J。,Zheng,Y。,Hu,Z。etal。Directseawaterelectrolysisbyadjustingthelocalreactionenvironmentofacatalyst。NatEnergy(2023)。https:doi。org10。1038s4156002301195x 〔2〕https:www。eurekalert。orgnewsreleases978337 编译:竹子 编辑:靳小明 排版:尹宁流 题图来源:Pixabay 研究团队 (共同)通讯作者乔世璋:阿德莱德大学化学工程与先进材料学院;凌涛:天津大学材料科学与工程学院 (共同)第一作者郑尧:阿德莱德大学化学工程与先进材料学院;JiaxinGuo:天津大学材料科学与工程学院 论文信息 发布期刊NatureEnergy 发布时间2023年1月30日 论文标题Directseawaterelectrolysisbyadjustingthelocalreactionenvironmentofacatalyst (DOI:https:doi。org10。1038s4156002301195x)