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基于NixBy合金薄膜电极的高效电化学催化产氢新进展

时间:2016-08-05 11:21来源:精细化工国家重点实验室 作者:精细化工国家重点实验室 点击:

 

为了满足人类社会对能源需求的快速增长,解决二氧化碳过度排放问题,必须逐渐改变现有的能源结构,开发能够替代化石能源的清洁的可再生能源体系。自然界中的可再生能源,如太阳能、风能等在时间和空间上分布不均,必须开发新技术来解决这些可再生能源的储存和利用问题。利用太阳能、风能等可再生能源所产生的电能,实现电解水制备氢气,将电能转化为化学能是发展新能源体系的有效策略之一。铂是在酸性水溶液中催化活性最高的电化学产氢催化剂,但铂是贵金属,天然储量低,价格昂贵。大规模商业化的电解水产氢装置需要用非贵金属催化剂来替代铂催化剂。因此,研发高效、稳定、低过电势的非贵金属催化剂是实现低成本电解水制氢的关键科学问题之一。同时,高效的电化学催化剂还可以与半导体材料结合构建光敏电极,用于光解水产氢。

最近,精细化工国家重点实验室孙立成教授团队的王梅教授在前期对于高效、稳定的铜纳米柱电化学产氢催化剂研究工作的基础上 (Adv. Energy Mater.2016, 6, 201502319),利用化学镀方法研制了NixBy合金薄膜电极,发现改变NixBy合金中硼原子的含量可调变NixBy合金颗粒的直径, 从而改变电极的电化学活性面积。同时,随着硼原子含量的增加,NixBy合金颗粒表面逐渐由非晶态向部分晶态化转变。NixBy薄膜电极在酸性、中性和碱性水溶液中都具有高的催化产氢活性,且催化活性随NixBy合金中的硼原子含量的增加而提高。B:Ni原子比为0.54NixBy薄膜电极,在酸性水溶液中的电催化产氢活性略低于铂片,而在中性及碱性水溶液中NixBy的电催化产氢活性明显高于铂片。NixBy薄膜电极在中性和碱性水溶液中稳定性好,产氢法拉第效率接近于100%。相关研究结果发表在Nano Energy2016, 19,98-107.

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