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2023年 第29卷 第2期    刊出日期：2023-02-28

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电催化与电合成专辑（程方益研究员，王双印教授，周天华研究员主编）

第29卷第2期封面和目次

2023, 29(2):  0. 

摘要 ( 103 )   PDF (62787KB) ( 282 )  

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作者聚焦

2023, 29(2):  2215111.  doi:10.13208/j.electrochem.2215111

摘要 ( 56 )   HTML ( 376)   PDF (130KB) ( 107 )  

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《电催化与电合成》专辑序言

周天华, 王双印, 程方益

2023, 29(2):  2215000.  doi:10.13208/j.electrochem.2215000

摘要 ( 70 )   HTML ( 166)   PDF (411KB) ( 176 )  

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综述



锂-氧气电池：正极催化剂的最新进展与挑战

温波, 朱卓, 李福军

2023, 29(2):  2215001.  doi:10.13208/j.electrochem.2215001

摘要 ( 1445 )   RichHTML ( 680)   PDF (3944KB) ( 1627 )  

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非质子锂-氧气电池具有高理论能量密度，在过去几年里受到了广泛关注。然而，动力学缓慢的氧还原反应（ORR）/氧析出反应（OER）和放电产物Li₂O₂导电性差导致锂-氧气电池过电位大，放电容量有限，循环寿命短。开发有效的锂-氧气电池正极催化剂可以调控放电与充电过程中Li₂O₂的形成和可逆分解，减小放电/充电极化。尽管提升ORR/OER动力学的正极催化剂已经取得了一系列重要进展，但是对正极在放电和充电中Li₂O₂生成和分解过程的理解依然是不足的。这篇综述聚焦于锂-氧气电池正极催化剂的最新进展，总结了催化剂与Li₂O₂生成/分解的作用关系，本文首先指出了锂-氧气电池正极面临的科学问题，包括动力学缓慢的ORR/OER过程和导电性差的反应产物Li₂O₂钝化电极，并提出了锂-氧气电池正极设计准则。通过对最近报道的正极催化剂进行分类讨论，明晰调控催化剂活性位点策略，理解在正极反应过程中不同催化剂的活性位点对反应中间产物的吸附状态，以及对Li₂O₂生成和分解的作用机制，评估了不同类型正极催化剂在锂-氧气电池的潜在应用。最后总结了锂-氧气电池正极催化剂依然存在的挑战，例如阐明正极催化剂活性位点与附着的Li₂O₂界面在充放电过程中的变化，并揭示了设计高效正极催化剂的决定因素，展望了通过光/磁协助、负极保护以及电解液设计等策略，进一步推动锂-氧气电池的应用。



固体氧化物电解池阳极材料研究进展

邹庚, 冯炜程, 宋月锋, 汪国雄

2023, 29(2):  2215006.  doi:10.13208/j.electrochem.2215006

摘要 ( 1346 )   RichHTML ( 450)   PDF (3762KB) ( 1786 )  

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近年来，固体氧化物电解池（SOEC）作为一种高效的电化学能量转换装置，由于其大电流密度、高法拉第效率和高能量效率受到广泛的关注。阳极析氧反应（OER）是SOEC中重要的电极反应，涉及四电子转移过程，反应动力学缓慢，在电解过程中阳极极化电阻较大且能耗高。因此，设计高效稳定的阳极材料对提高SOEC性能及推动SOEC实际应用至关重要。近年来，高性能阳极研究取得了一系列进展。在本综述中，重点介绍了CO₂和H₂O电解的反应机理，总结了不同类型阳极材料的物理化学和电化学性能，讨论了各种有效的阳极优化策略。此外，还对SOEC的未来研究进行了展望。这对阳极材料的发展和SOEC的实际应用有一定的指导意义。

论文



基于阳极甘油氧化电催化的碱/酸混合电解制氢研究

冯辛, 刘博文, 郭可鑫, 范林丰, 王根香, 次素琴, 温珍海

2023, 29(2):  2215005.  doi:10.13208/j.electrochem.2215005

摘要 ( 853 )   RichHTML ( 106)   PDF (2539KB) ( 848 )  

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耦合可再生电能的电解水制氢是一项极具前景的绿氢技术，该技术仍受限于阳极析氧反应（OER）动力学慢、过电位高等问题的限制。在阳极端采用热力学更容易的电氧化反应代替OER，可大幅降低电耗并且在阳极端获得增值产物，是电解制氢的一种新策略。甘油作为生物柴油生产的主要副产品且产能过剩，其电催化氧化（GOR）理论电位比OER低。基于此，本研究工作报道了一种耦合酸性析氢反应（HER）与碱性GOR的混合酸/碱双电解液的制氢电解器，其以泡沫镍（NF）支撑Co₃O₄纳米片（NS）电极（Co₃O₄·NSs/NF）为阳极，商用碳载铂修饰碳布电极为阴极。在阳极端，Co₃O₄·NSs/NF对GOR电催化表现出较低的过电位和转化为甲酸盐的高选择性。在该混合酸/碱双电解液电解槽中，仅仅需要额外施加0.55 V的外加电压，即可达到10 mA·cm^-2的产氢电解电流密度，并可以在阳极将甘油高选择性地转化为甲酸盐，其中产氢的法拉第效率接近100%。本研究工作为电解制氢提供了一条节电、阳极增值转化的技术路线。



层状金属氢氧化物中铁位点辅助分散铂纳米颗粒用于高效甲醇氧化

孟庆成, 金林薄, 马梦泽, 高学庆, 陈爱兵, 周道金, 孙晓明

2023, 29(2):  2215007.  doi:10.13208/j.electrochem.2215007

摘要 ( 507 )   RichHTML ( 80)   PDF (2125KB) ( 862 )  

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高活性和耐用性的甲醇氧化电催化剂对于直接甲醇燃料电池的商业可行性至关重要，然而，目前的甲醇氧化电催化剂与预期相去甚远，存在贵金属用量过多、活性平庸、衰减快等问题。在这里，我们报告了锚定在镍铁层状金属氢氧化物（NiFe-LDHs）表面Pt纳米颗粒复合材料，用于在碱性介质中稳定电催化甲醇氧化。基于Pt纳米颗粒的高固有甲醇氧化活性，与商业Pt/C催化剂相比，基底材料NiFe-LDHs在200,000 s循环测试后进一步增强了Pt的抗中毒能力和稳定性。NiFe-LDHs层板上单原子分散的Fe作为锚定位点将Pt纳米颗粒均匀分散在其表面，进一步充分利用了层状金属氢氧化物表面丰富的OH基团，促进邻近Pt位点上毒化中间体的氧化去除。这项工作突出了NiFe-LDH在提高甲醇氧化反应整体效率方面的特殊性，为其他甲醇氧化电催化的设计和应用提供了指导。