电解制氢电极材料的研究进展

氢能是一种高效、洁净的二次能源,电解水是实现大规模制氢的重要手段。镍合金作为碱性电解水阴极有着价格低廉、析氢过电位低的特征。文章就其合成方法、析氢反应催化性能、反应机理做了简要的评叙和分析。     

基于过渡金属电催化析氢催化剂的研究进展

随着人口快速增加,开发可持续能源已经成为当今世界的首要任务之一。氢气被认为是一种无污染、可再生的新能源,可以代替化石能源。氢气可以由电解水的电催化析氢半反应获得。传统的电催化析氢催化剂主要由贵金属构成,而贵金属稀少,价格昂贵,不适合大规模工业制氢。探索高效的非贵金属电催化析氢反应催化剂十分必要。基于过渡金属开发的电催化析氢反应催化剂引起广泛关注,综述基于过渡金属电催化析氢反应催化剂的研究进展,概述电解水原理,讨论基于过渡金属化物的电催化析氢反应催化剂材料的制备方法,包括硫化物、硒化物、碳化物、氮化物、磷化物及其复合物。探讨增强催化剂电催化析氢活性的方法及基于非贵金属电催剂材料面临的挑战和前景展望。     

电催化析氢催化剂研究进展

氢能热值高和环境友好性强等特点使其成为未来能源界最具发展潜力的能源之一。电催化析氢反应（hydrogen evolution reaction,HER）作为一种绿色、可持续的产氢方法成为近年来广泛研究的主题。发展高性能、低成本、高活性的析氢催化剂是目前该领域面临的主要挑战。本文总结了近年来高性能催化剂用于HER反应的进展,重点介绍HER反应的基本原理,评估HER催化剂催化性能的典型方法,过渡金属以及化合物、非金属催化剂以及单原子催化剂等电催化析氢催化剂的最新研究进展,系统讨论了催化活性与催化剂形态、结构、组成和合成方法之间的联系,并对催化剂的合成策略、活性位点的固有活性、如何提高活性中心的内在活性和活性位点的数量进行了展望。     

硫化物催化剂电催化析氢性能的研究进展

当今社会,清洁能源取代化石原料能源是一种主流趋势,制备清洁能源成为当下的热门话题。氢气作为优良的清洁能源,具有可再生、绿色环保、来源广泛等优点,成为制取的首要目标。常见的高效制氢方法是电催化析氢法,实验室中传统电析氢催化剂主要以贵金属为材料,因贵金属数量少且价格贵,以非贵金属材料硫化物代替价格昂贵的贵金属材料为切入点进行研究制取硫化物析氢催化剂,然而硫化物析氢催化剂相比于贵金属催化剂有着导电性能差、易聚团等缺点,针对以上问题进行研究,通过合成多种硫化物,对他们进行电化学和结构等测试,从多方面考虑制得析氢性能的优良和稳定性更好的催化剂,为制得电解析氢催化剂提供有效的理论指导。     

电催化析氢反应催化材料的研究进展

氢能源作为21世纪的理想新能源,备受社会各界的关注。制取氢气的方法主要有3个大方向:化石能源制备氢气、生物能制备氢气、电解水制备氢气。电解水产生氢气更高效、安全和低成本,且电解水制氢是最环保、产物纯度最高的制备方式。目前,贵金属铂是电催化析氢反应中催化性能最好的催化材料,但昂贵的价格及在自然界中的低储量限制了其大规模的应用。近年来,人们对析氢催化材料进行了大量的研究与优化,以期开发出高效且低价的析氢反应(HER)中的催化材料。本文综述了HER中的析氢催化材料的研究进展,并对其未来的发展进行了展望。     

碱性水电解镍基析氧催化材料最新进展

通过碱性水电解制氢技术,将可再生能源转化为绿氢,是实现能源储存和分布再平衡的最具应用前景的方法。开发低过电位的碱性水电解电催化剂是降低绿氢电耗和成本的必要条件。镍基材料是目前商业化碱性水电解制氢应用最广泛的电催化剂,但不断追求高电流密度和快速动力学的高效电催化剂是提高碱性水电解制氢设备性能的主要研究方向之一。综述碱性水电解制氢镍基析氧催化材料的研究进展,包括反应机理、评价指标和制备-结构-性能关系。同时,对目前存在的问题进行剖析,并对未来发展方向进行展望。     

电沉积法制备Co-Mo-P电极材料作为析氢催化剂

通过恒电流电沉积法在金属镍片上制备了Co-Mo-P电极材料,采用线性扫描伏安法和循环伏安法研究了Co-Mo-P在1 mol·L-1 KOH的碱性溶液中对析氢反应的催化性能。结果表明,Co-Mo-P具有较好的催化析氢稳定性,其催化析氢性能明显高于Co-P。     

钴钨复合电极在碱性介质中的电催化析氢性能

为提高电极的电催化析氢性能,在钴电沉积中加入钨粉,制得钴钨复合电极,采用阴极极化曲线法、交流阻抗技术和扫描电子显微技术研究了电极在碱性介质中的催化析氢性能。与钴电极相比,钴钨复合电极表面粗糙,具有较大的交换电流密度和较小的析氢反应电阻。结果表明：复合电极的电催化析氢性能优于钴电极。     

Ni/CrN高效电催化剂的制备及其析氢催化性能

氢能是一种具有高能量密度的清洁能源,如何有效的开发绿氢技术是当前社会首要解决的问题,而研发高效稳定的电解水产氢技术的电催化剂是一种可行性的方式,对促进氢能经济的发展具有重要的意义。通过水热-高温热解两步法合成了一种氮化铬支撑镍纳米颗粒的催化剂(Ni/CrN)。利用XRD、XPS、SEM以及TEM等测试手段对催化剂的形貌及结构进行表征,并在碱性环境下对催化剂进行电催化析氢性能的研究。结果表明,Ni/CrN形成了具有珊瑚状的微观结构,优化了电子结构,并且表现出了优异的析氢反应(HER)催化性能,在10 mA/cm²的电流密度下,Ni/CrN催化剂仅有66 mV的过电位和47 mV/dec的Tafel斜率,十分接近商业的Pt/C催化剂的析氢性能。在10 mA/cm²电流密度的循环稳定性测试中,Ni/CrN表现出比商业Pt/C电极更优越的催化稳定性。     

芘–苯并噻二唑连接位点对光催化制氢的影响

近来，用于光催化析氢的有机聚合物的设计和合成引起了许多关注。然而，关于有机聚合物的最佳连接位点的报道并不完整。通过Suzuki交叉偶联聚合反应合成了3种有机聚合物光催化剂。研究了连接位点的含量对有机聚合物半导体光催化剂的析氢性能及光电化学性能的影响。发现1,6-连接位点的增加大大加强了光催化析氢效果，尤其是1,6位连接的芘-苯并噻二唑基聚合物(L16-PyBT)在可见光照射下的光催化析氢速率为6.81mmol/(h·g)，远大于其他2种有机聚合物[2.80 mmol/(h·g)和0.34mmol/(h·g)]。结果表明：1,6-连接方式具有更强的π-π堆积、更好的光吸收能力和润湿性，从而提高光催化性能。这种连接方式的演变为未来有机聚合物的合成和设计提供了重要思路。     

化学镀Ni-P-S阴极的析氢性能

用化学镀的方法得到Ni-P-S电极,研究镀液中添加不同硫脲量对电极析氢活性的影响,电极在碱性溶液中具有较高的析氢活性,通过稳态极化曲线测量,得到在1mol／L NaOH溶液中不同实验条件下电极的析氢反应动力学参数。     

一步电沉积制备高活性高稳定镍铁合金析氧电催化剂

以镍网为基底,通过一步电沉积方法成功制备出用于碱性水电解的多孔镍铁合金析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)电极.镍铁的沉积伴随强烈的析氢,此条件下构筑出的多级孔结构成为电极用于OER反应时液相中传质与气泡释放的适宜传递通道.在析氧反应中,电流密度为10 mA·cm-2时的过电位仅为21...     

CoSe2@NF双功能电催化剂用于高效碱性全解水

开发用于水分解的高效稳定、低成本非贵金属电催化剂，特别是在同一电解质中对阴极的析氢反应(HER)和阳极的析氧反应(OER)都具有高效作用的电催化剂是一项挑战。以六水合硝酸钴、尿素、氟化铵和硒粉为原料，采用水热和高温固相法在镍网上原位构筑了CoSe2@NF，采用XRD、XPS、SEM和TEM对CoSe2@NF进行物相分析和形貌表征，并在碱性电解液中对CoSe2@NF的电催化析氧和析氢性能进行了测试。结果表明，表面粗糙的串珠状纳米线结构极大地增加了CoSe2有效活性位点的数量。该催化电极在OER和HER中均表现出高而稳定的催化活性。将CoSe2@NF作为全解水槽的阴阳极，在1.6 V槽电压下即可产生10 mA/cm2的电流，并可在1.7 V的电压下稳定运行100 h。这项研究为全解水提供了一种经济有效的解决方案.     

水制氢技术研究进展

氢能是一种高效、清洁的能源,其热值比石油还要高3倍.目前,大部分氢气都来自于化石燃料,如天然气、石油和煤等.这些方法不具有可再生性.以水为氢源的制氢技术因其可再生性而具有很好的应用前景.以水为氢源的制氢技术主要包括电解水制氢、光催化分解水制氢、直接热分解水制氢和热化学循环裂解水制氢技术.其中,电解水制氢技术最为成熟,其不足之处在于能耗过高;对光催化分解水制氢技术已经进行了系统研究,催化剂的性能是影响该方法的关键因素;对于直接热分解的研究相对较少;热化学循环制氢技术的优势在于反应效率高、利于放大,如何保持反应中间媒介物的高温循环稳定性则是该方法急需解决的技术难题.     

复旦高效非贵金属析氢电催化研究获新进展

正复旦大学材料科学系吴仁兵、方方教授团队在高效非贵金属析氢电催化剂方面研究获新进展,相关成果近日发表于国际权威期刊《先进材料》。氢能作为一种原料丰富、燃烧值高、零污染的清洁能源,被科学家和大众寄予了很高的期望。要想发展氢能技术,不可或缺的一步就是把水通过电化学反应转换成氢气,但析氢反应所需过电位较高,需要加入催化剂降低过电位,提高反应速率。     

质子交换膜电解水制氢技术的发展现状及展望

氢能是支撑起智能电网和可再生能源发电规模化的最佳能源载体,而电解水制氢是实现制氢规模化的重要途径。在多种电解水制氢技术中,质子交换膜电解水技术由于具备电流密度大、产氢纯度高、响应速度快等优势,吸引了科学界和工业界的广泛重视。本文首先介绍了质子交换膜电解池的结构组成以及各组成的主要作用,对比分析了碱性电解池、固体氧化物电解池与质子交换膜电解池的技术差异,并结合电解水析氢反应以及析氧反应的机理阐释,分别介绍了两步半反应的常用催化剂;然后,从最初的实验室研究阶段到目前兆瓦级别的质子交换膜电解水系统,回顾了该技术的发展历程以及应用现状;其次,从制氢成本、电堆性能及电堆寿命等多角度分析目前该技术面临的瓶颈问题;最后,根据质子交换膜电解池的技术优势,并针对上游间歇性可再生能源的需求以及和下游产业的联合应用,对其未来前景进行了展望。     

镍基磷化物在碱性电解水析氢反应中的研究进展

主要对镍基磷化物析氢反应的催化机理和活性来源进行了探究,介绍了在不同电解液环境中的析氢反应机理以及Tafel斜率与反应过程中动力学的关系,并阐述了P原子的引入以及磷化程度对镍基磷化物活性位点和吸附能的影响;概括了镍基磷化物常见的合成方法和磷源,以及对形貌调控、掺杂、界面工程等不同改性方法进行了论述,深入分析了镍基磷化物改性后具有良好析氢性能的原因,最后根据镍基磷化物目前在析氢反应中存在的问题提出了发展方向。     

电催化水分解析氧反应研究现状

析氧反应(OER)是电化学能量转换和储存装置(如氢燃料生产,水电解和可充电金属空气电池)中水分解的关键半电池反应。然而在碱性溶液中,OER反应不具有动力学上的优势,一般需要通过使用贵金属来降低过电位,但贵金属催化剂的高成本和稀缺性限制了其使用。因此,开发高效、廉价、地球资源丰富、稳定、低过电位运行的水裂解电催化剂是实现高效、廉价制氢的关键。综述了电催化水分解析氧反应近几年的国内外研究现状,分析了该研究面临的问题,并对该领域未来的发展进行了展望。     

石油焦基多孔碳催化析氢反应性能研究

析氢反应是水分解制氢的关键步骤,有关析氢催化剂的研究是新能源研究领域的热点课题。本文对石油焦基多孔碳进行表面改性,将氧、氮等杂原子官能团引入碳材料表面。电化学测试表明,在石油焦基多孔碳表面同时引入含氮和含氧官能团,可以更高效地提高其析氢反应活性,其析氢反应过电位可以达到170 mV,表现出优异的析氢催化活性,是一类有潜力的析氢反应催化剂。     

电解海水制氢的机遇与挑战

在双碳目标的背景下,氢能是传统化石能源的重要替代能源,相比化石能源的高碳排放和高污染,氢能表观上是一种绝对清洁的能源。各种制氢技术以及其发展方向是当下研究人员的关注热点,电解水制氢技术是实现将电能转换为氢载体进行储存的最理想方式,本文着重介绍了电解海水制氢技术,分析了电解海水制氢发展的机遇与挑战。