近日,松山湖材料實驗室研究員劉利峰團隊與廣東工業大學大學教授劉全兵團隊(負責理論計算)合作,在多元金屬間化合物甲醇電氧化催化劑助力高效混合海水電解制氫研究方面取得重要進展。相關成果發表于《先進材料》(Advanced Materials)。
由于海水資源豐富而且廉價,海水電解目前被廣泛認為是一種潛力巨大的制氫方式。然而,長期以來,由于陽極競爭性析氯反應的干擾以及較高的電解能耗,海水電解制氫在大規模應用方面一直面臨著嚴峻的技術挑戰。為了解決這一問題,劉利峰團隊近年來一直在探索混合電解海水制氫的途徑。
據介紹,混合電解海水制氫采用了熱力學上更有利的陽極小分子電氧化反應來取代高能耗的析氧反應,從根本上改變了電解槽陽極的電化學反應,從而大幅降低了制氫的能耗。更重要的是,這種方法可以有效地避免海水電解過程中析氯副反應的干擾,極大延長電解槽材料和部件的壽命。
甲醇是最簡單的一元醇,具有價格低,水溶性好以及其熱力學氧化電位較低等優點。甲醇電氧化的理論起始電位僅為0.016 vs. RHE,因此利用甲醇電氧化反應來取代析氧反應將大大減小電解的能耗,同時確保即使在大電流密度下電解也不會觸發陽極析氯反應。最大程度上發揮甲醇電氧化反應取代優勢的關鍵是開發高效的甲醇電氧化反應催化劑。
為此,研究團隊采用浸漬-凍干法制備了一系列新型的四元Pt(2-x)PdxCuGa金屬間化合物納米粒子(i-NPs)催化劑。詳細的電化學表征顯示,以Pd原子取代Pt2CuGa中10%的Pt原子得到的Pt1.8Pd0.2CuGa/C i-NPs催化劑具有最佳的甲醇電氧化反應電催化性能,其甲醇電氧化反應質量活性超過之前報道的大部分Pt基電催化劑。同步輻射X射線吸收譜研究證明了Pd以原子分散形態存在于Pt1.8Pd0.2CuGa/C i-NPs中。密度泛函理論計算顯示,Pd的引入導致了催化劑表面電子態的重新分布,相對缺電子的Pd位點有利于OH?的吸附,相對富電子的Pt位點可以減弱反應中間體的吸附,其協同作用加速了甲醇的氧化。
此外,原位表面增強拉曼光譜和在線差分質譜研究證實了甲醇氧化過程中主要的反應中間體為*HCOO,而不是可以導致催化劑中毒的*CO,因此甲醇可以高效、穩定地被Pt1.8Pd0.2CuGa/C i-NPs催化氧化。進一步地,團隊研究人員展示了將Pt1.8Pd0.2CuGa/C i-NPs催化的甲醇電氧化反應與陰極析氫反應耦合,可以大大減低電解所需的電壓,電解池在75℃條件下工作在500 mA/cm2大電流密度下的電壓僅為0.938V,而且電解池在模擬海水和天然海水中均可以穩定運行上百小時。
相關論文信息:https://doi.org/10.1002/adma.202403792
近日,中國科學院廣州能源研究所研究員王晨光、副研究員羅密團隊成功構建了一種具有動態自優化特征的L10-PtCo@Co-shell核殼催化劑。該催化劑通過有序L10-PtCo金屬間化合物核與超薄Co富集......
近日,中國科學院大連化學物理研究所研究員王勝團隊開發出新一代非貴金屬整體結構燃燒催化劑,并實現了規模化生產。該催化劑分別在山西1000Nm3/h通風瓦斯催化氧化工業側線試驗裝置和貴州10000Nm3/......
近日,由中石化石油化工科學研究院有限公司(以下簡稱石科院)牽頭承擔的“高活性脫乙基型C?芳烴異構化催化劑應用”項目通過中國石化科技數智化部組織的技術鑒定。鑒定委員會認為,該技術整體達到國內領先水平。C......
近日,中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所所長劉中民團隊開發的具有自主知識產權的“甲醇/汽油耦合制烯烴技術”通過了中國石油和化學工業聯合會組織的科技成果評價。評價委員會專家一致認為:該成果創新......
華東理工大學費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心副教授趙杰課題組聯合清華大學化工系副教授牛志強課題組,通過自主設計的異相銅納米線催化劑,攻克了強配位脂肪胺易毒化催化劑這一長期存在的技術難題,展現了異相金屬......
海洋作為地球上最大的天然“碳庫”,每年吸收逾四分之一的人為排放二氧化碳,有效減緩了全球氣候變暖。然而,海水持續吸收二氧化碳引發的海洋酸化,對海洋生態平衡構成了嚴重威脅。如何把這部分已進入海洋的碳,轉化......
記者31日從昆明理工大學獲悉,該校冶金與能源工程學院徐瑞東教授團隊聯合東南大學、瑞士洛桑聯邦理工學院、美國西北大學等機構學者合作,研發了一種新型非貴金屬電催化材料,為解決堿性條件下電解水制氫效率低、能......
人工智能(ArtificialIntelligence,AI)是新一輪科技革命和產業變革的重要驅動力量。人工智能、物聯網(loT)和自動化技術的發展,給實驗室的運作方式帶來一場深刻的變革,即人工智能實......
在化學工業的“交響樂”中,催化劑如同一位無聲卻至關重要的指揮家,它能精準調控反應路徑,加速目標產物的生成,提升效率,更牽動著工藝的綠色與經濟命脈。對于中國科學院大連化學物理研究所(以下簡稱“大連化物所......
近日,中國科學院大連化學物理研究所催化與新材料研究中心研究員、中國科學院院士張濤和研究員王曉東、副研究員黃傳德、研究員喬波濤等開發了一種擬酶銅基單原子催化劑(Cu1/CN),實現甲烷高效轉化制含氧化合......