自支撑过渡金属海水电解析氧催化剂研究进展

作     者：吴倩 高庆平 单彬 王文政 齐玉萍 台夕市 王霞 郑冬冬 严虹 应斌武 罗永嵩 孙圣钧 刘倩 Mohamed S.Hamdy 孙旭平 Qian Wu;Qingping Gao;Bin Shan;Wenzheng Wang;Yuping Qi;Xishi Tai;Xia Wang;Dongdong Zheng;Hong Yan;Binwu Ying;Yongsong Luo;Shengjun Sun;Qian Liu;Mohamed SHamdy;Xuping Sun

作者机构：潍坊学院化学化工与环境工程学院山东潍坊261061 潍坊职业学院化学工程学院山东潍坊262737 电子科技大学基础与前沿研究院成都610054 山东师范大学化学化工与材料科学学院济南250014 成都大学高等研究院成都610106 哈立德国王大学理学院化学系催化研究课题组阿卜哈61413 

基　　金：哈立德国王大学大型团体研究项目(RGP2/199/44)资助 

出 版 物：《物理化学学报》 (Acta Physico-Chimica Sinica)

年 卷 期：2023年第39卷第12期

页      码：63-78页

摘      要：海水电解是一种很有前景的可持续绿氢生产技术。然而,由于受到缓慢的动力学、阳极上竞争性的氯释放反应、氯离子腐蚀和电极表面中毒等的影响,致使阳极材料的性能和耐久性下降,析氧反应(OER)的选择性降低。与传统的粉末催化剂相比,自支撑纳米阵列材料具有较低的界面电阻、较大的活性表面和优异的稳定性,已成为先进的催化剂。特别是在需要高电流密度的实际大规模制氢应用中,自支撑催化剂比粉末催化剂更具优势。电解过程中,在电极表面所产生气泡的强烈冲击下,粉末状纳米材料很容易剥离,导致催化活性降低,甚至频繁更换催化剂。相比之下,自支撑纳米材料的活性物质和基底之间具有很强的粘附性,确保了良好的电子导电性和高机械稳定性,有利于长期和循环使用。本文综述了用于海水电解自支撑过渡金属催化剂的最新进展,包括(氧)氢氧化物、氮化物、磷化物、硫族化物等。为确保OER过程中的高活性和高选择性,着重总结了各析氧催化剂在应对耐腐蚀性和屏蔽竞争反应方面所采取的策略。通常,构建具有高孔隙率和粗糙度的3D多孔纳米结构可以使催化剂具有较大的表面积和丰富的活性位点,是提高传质、OER活性和催化效率的有效策略。其次,催化剂表面的Cl−阻挡层,特别是兼具催化活性和保护作用的保护层,可以有效抑制Cl−的竞争性氧化和腐蚀,提高催化剂的催化活性、选择性和稳定性。此外,设计具有超亲水和超疏水表面的催化材料,以增加电解质的渗透性,促进活性位点的有效利用,并避免大量气泡的积累。最后,简要总结了OER催化剂在海水电解中的发展前景及建议。具体来说,海水电解的介质应从模拟盐水转移到天然海水中。鉴于天然海水电解中面临的诸多挑战,除了设计和合成具有高活性、高选择性和高稳定性的自支撑催化剂外,开发简单、低成本的天然海水预处理技术以最大限度地减少腐蚀和中毒问题也是海水电解未来发展的重要课题。更重要的是,应合理构建自支撑OER电催化剂的标准化评价体系。评估过程中应充分考虑催化剂内在活性、可达活性位点密度、尺寸、质量负荷、基质效应和试验条件等因素。

主 题 词：海水电解 自支撑阵列 过渡金属催化剂 抗腐蚀 析氧反应 

学科分类：081704[081704] 07[理学] 070304[070304] 08[工学] 0817[工学-轻工类] 0703[理学-化学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3866/PKU.WHXB202303012

馆 藏 号：203124262...