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我校孙晓明教授团队与美国斯坦福大7471合作在《PNAS》发表研究论文

近日,我校化工能源有效利用国家重点实验室、北京软物质科7471与工程高精尖创新中心孙晓明教授和邝允副教授与美国Stanford University戴宏杰教授合作在《Proc. Natl. Acad. Sci. USA》发表题为“Solar-driven, highly sustained splitting of seawater into hydrogen and oxygen fuels”的研究论文,通过微纳结构化电极设计实现了海水电解制氢,并且在工业电解电流密度(400mA/cm2)下具有长达上千小时的稳定性。

(A)抗腐蚀性电极的设计(B)海水电解的稳定性(C)太阳能驱动海水电解制氢小型设备(PNAS, 2019,doi: 10.1073/pnas.1900556116).

氢是地球上比质量能量密度最高的物质(142MJ/Kg),是未来清洁能源的解决方案之一,电解水制氢是一种规模化制氢的潜在方案,但现有电解水技术大都基于纯水,而占地球水资源>97%的海水资源却少有关注,这主要是因为海水中的氯化钠会导致阳极严重的析氯副反应和电极腐蚀。本研究工作通过海水电解液的pH调控和高活性NiFe-LDH催化剂的制备,实现了海水电解阳极100%选择性析出氧气。该团队通过NiFe-LDH/NiSx/Ni(Ni3)结构化电极的构筑(见下图A),使得在海水电解过程中,阳极催化层和催化剂与集流体界面处原位生成富阴离子保护层,实现了电极对氯离子的排斥,从而避免了氯离子导致的电极腐蚀;进而通过与高活性Ni/NiO-Cr2O3析氢电极匹配构建电解系统,在高电流密度下实现了上千小时的稳定海水电解(见下图B),同时该电解系统能够以太阳能驱动实现~870 mA/cm2的高电流密度海水电解。本文合作方戴宏杰院士认为,这是目前电解海水的新纪录。