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当期目录

    2022年 第28卷 第10期    刊出日期:2022-10-28
    电解水制氢专辑(李莉教授、胡劲松研究员、魏子栋教授主编)
    第28卷第10期封面和目次
    2022, 28(10):  0-0. 
    摘要 ( 247 )   PDF (107024KB) ( 1217 )  
    相关文章 | 计量指标
    作者聚焦
    2022, 28(10):  2214111. 
    摘要 ( 214 )   HTML ( 186)   PDF (310KB) ( 237 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    展望
    工业级碱性海水电解:近期进展和展望
    张涛, 刘一蒲, 叶齐通, 范红金
    2022, 28(10):  2214006.  doi:10.13208/j.electrochem.2214006
    摘要 ( 1138 )   RichHTML ( 431)   PDF (1695KB) ( 4193 )  
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    由太阳能、风能和海洋等可再生能源驱动的工业级水分解产氢为能源和环境的可持续性发展开辟了一条极具潜力的道路。然而,在工业上最先进电解技术使用高纯水作为氢源,这将带来严重的淡水资源危机。海水分解为饮用水短缺提供了一条切实可行的解决途径,但仍面临规模工业化生产的巨大挑战。在这里,我们总结了海水分解的最新进展,包括反应机制、电极设计标准和直接海水分解的工业电解槽。深入讨论了应对海水电解中的关键挑战,如活性位点、反应选择性、耐腐蚀性和传质能力等的解决方案。此外,该文章重点总结了海水电解设备的最新发展,并提出了设计长寿命直接海水电解装置的有效策略。最后,我们对直接海水电解的未来机遇和挑战提出了自己的观点。

    综述
    电化学合成纳米材料和小分子材料在电解制氢领域的应用
    魏家祺, 陈晓东, 李述周
    2022, 28(10):  2214012.  doi:10.13208/j.electrochem.2214012
    摘要 ( 1243 )   RichHTML ( 454)   PDF (3241KB) ( 1557 )  
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    氢气是一种清洁、高效、可再生的新型能源,并且是未来碳中和能源供应中最具潜力的化石燃料替代品。因此,可持续氢能源制造具有极大的吸引力与迫切的需求,尤其是通过清洁、环保、零排放的电解水方法。然而,目前的电解水反应受到其缓慢的动力学以及低成本/能源效率的制约。在这些方面,电化学合成通过制造先进的电催化剂和提供更高效/增值的共电解替代品,为提高水电解的效率和效益提供了广阔的前景。它是一种环保、简单的通过电解或其他电化学操作,对从分子到纳米尺度的材料进行制造的方法。本文首先介绍了电化学合成的基本概念、设计方法以及常用方法。然后,总结了电化学合成技术在电解水领域的应用及进展。我们专注于电化学合成的纳米结构电催化剂以实现更高效的电解水制氢,以及小分子的电化学氧化以取代电解水制氢中的析氧共反应,实现更高效、 增值的共电解制氢。我们系统地讨论了电化学合成条件与产物的关系,以启发未来的探索。最后,本文讨论了电化学合成在先进电解水以及其他能量转换和储存应用方面的挑战和前景。

    碱性电解水高效制氢
    谢文富, 邵明飞
    2022, 28(10):  2214008.  doi:10.13208/j.electrochem.2214008
    摘要 ( 2328 )   RichHTML ( 620)   PDF (2471KB) ( 2983 )  
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    与传统化石能源制氢技术相比,利用可再生能源驱动电解水制氢技术具有绿色可持续和制氢效率高等优势,被认为是目前最具前景的制氢方式。然而, 由于电解水两极反应动力学缓慢、 催化剂稳定性较差, 限制了其大规模发展。此外, 阳极析氧反应存在较高的过电势, 从而导致当前制氢能耗与成本较高, 严重制约了其商业化应用。 为了解决上述问题与挑战,本文对当前发展较为成熟的碱性电解水技术进行了综合讨论与分析。 首先, 对电解水发展历程中的重要节点进行了总结, 便于读者了解该领域。进一步, 从电催化剂、 电极、 反应和系统的角度深入总结了提升电解水制氢性能的有效策略。作者分别介绍了近年来层状双金属氢氧化物基电解水催化剂、电解水制氢耦合氧化反应以及可再生能源驱动的电解水系统的重要研究进展; 同时对结构化催化剂在电解水应用中的构效关系进行了深入分析。最后, 对该领域存在的挑战和未来发展方向进行了展望,希望能为氢能的发展和推广提供一定的思路。

    研究论文
    泡沫铜支撑Ru掺杂Cu3P自支撑催化剂及其析氢性能
    万紫轩, 王超辉, 康雄武
    2022, 28(10):  2214005.  doi:10.13208/j.electrochem.2214005
    摘要 ( 836 )   RichHTML ( 393)   PDF (3265KB) ( 828 )  
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    过渡金属磷化物(TMP)是一种用于碱性条件下析氢反应(HER)的有效催化剂, 然而其活性严重受限于水解离步。本文通过在泡沫铜(CF)上生长Cu(OH)2纳米阵列, RuCl3溶液浸泡和磷酸化, 制备了一种具有较大比表面积和适当Ru掺杂的Ru-Cu3P自支撑催化剂(Ru-Cu3P/CF)。作为一种优良的HER催化剂,在电流密度为10 mA·cm-2时, 其过电位为95.6 mV, 比Cu3P/CF降低149.4 mV。其决速步由Volmer向Heyrovsky机制过渡。HER性能的提高可以归因于Ru掺杂磷化铜促进水解离过程,以及Cu(OH)2纳米阵列衍生Cu3P纳米结构具有更高的电化学活性面积, 从而保证了更多的活性位点。本论文突出了具有空的d轨道的金属掺杂促进水解离的重要性,为高性能电解水析氢催化剂的设计提供了新思路。

    无序Ru-O构型对电化学析氢催化性能研究
    孙雪, 宋亚杰, 李仁龙, 王家钧
    2022, 28(10):  2214011.  doi:10.13208/j.electrochem.2214011
    摘要 ( 658 )   RichHTML ( 183)   PDF (2606KB) ( 902 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    相工程被认为是调节催化剂电子结构和催化活性的有效方法。非晶材料的无序构型允许表面电子结构的灵活重整,显示出其作为析氢反应(HER)催化剂的吸引力。在此,我们设计并开发了一种具有无序Ru-O构型的非晶催化剂(a-RuO2)。结合先进的电镜技术和详细的电化学测试,建立了Ru-O有序性与HER性能的构效关系。具体来说,无序的Ru-O配位显著增强了酸性和碱性 HER 中的催化活性,最终使经济性更高的a-RuO2催化性能接近商业Pt/C。此外,在10 mA·cm-2下进行10 h电流-时间(i-t)测试后,a-RuO2表现出极好的稳定性。进一步的理论模拟显示a-RuO2较低的d带中心和优化的电子输运调制了活性位点对中间反应物的吸附强度,促进了HER动力学。这项工作为通过相工程探索高活性HER催化剂提供了新的观点。