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节能电解产生氢气:Ni2P纳米阵列作为高效的非贵金属双功能电催化剂

随着化石燃料的急剧消耗以及日益严重的环境污染问题,人类急需发展新型能源代替传统能源,电解水制取氢气被认为是可以解决当前能源危机最安全有效的技术。电解水包括两个半反应,即阳极的析氧反应(OER)和阴极的析氢反应(HER)。阳极析氧动力学缓慢,需要较高的过电位才能产生较大的电流密度,导致整体电能转化成化学能效率较低。科学家们也在不断地发展具有高活性和稳定性的非贵金属析氧催化剂。例如过渡金属氧化物、氢氧化物以及最近四川大学孙旭平课题组发展的三维自支撑的CoPi纳米阵列催化剂,在中性环境中具有高效的析氧催化性能。


尽管如此,阳极析氧反应需要较大的能量形成氧-氧键,这一问题仍然是电分解水的瓶颈。此外,由于产生的氧气利用价值不高,且与阴极产生氢气混合存在潜在的危险,需要附加分离步骤,从而增加了成本。因此,寻找一种热力学更容易发生的氧化反应来取代阳极析氧反应,使得阴极析氢更加节能,进而提高整个电解池的能量转化效率。最近,四川大学孙旭平课题组在泡沫镍上发展的三维磷化镍纳米片阵列,对肼具有高效的催化氧化效果,并且肼氧化反应(HzOR)电位相对水的氧化电位低很多,因此可以用阳极肼氧化代替水氧化,使阴极析氢能量转换效率提高。在两电极(HER║HzOR)电解池中,当电流密度为500 mA cm-2时,仅需要的电压为1.0 V,然而在两电极(HER║OER)电解池中,当电流密度为20 mA cm-2时,则需要的电压为1.6 V。该工作为高效低能耗析氢提供了一种新思路。这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上,文章的第一作者是西华师范大学与四川大学联合培养的硕士生唐春,四川大学本科生张蓉共同第一作者


该论文作者为:Chun Tang, Rong Zhang, Wenbo Lu, Danni Liu, Shuai Hao, Gu Du, Abdullah M. Asiri, Xuping Sun

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Energy-Saving Electrolytic Hydrogen Generation: Ni2P Nanoarray as a High-Performance Non-Noble-Metal Electrocatalyst

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 842-846, DOI: 10.1002/anie.201608899


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