雷竞技-南开联合团队在电催化水分解制氢研究中取得进展—新闻—科学网

南开新闻网讯（通信员赵佳记者高雨桐）日前，南开年夜学电子信息与光学工程学院罗景山传授团队结合西班牙巴斯克年夜学FedericoCalle-Vallejo（费德里科卡列—瓦列霍）传授团队在电催化水份解制氢研究中获得主要进展。该结合团队操纵金属载体彼此感化修建了碱性前提高活性析氢催化剂，可以或许在每平方米5万安培的年夜电流密度下不变运行跨越1000小时，知足了阴离子互换膜电解水制氢手艺贸易化利用的需求，相干研究功效在国际闻名学术期刊《天然-通信》颁发。

氢能作为一种低碳高效的洁净能源，在全球能源转型和应对天气转变方面饰演主要脚色。依照制氢的三种方式，氢能分为灰氢、蓝氢、绿氢。此中，以可再生能源电解水制氢为代表的绿氢在出产进程中不发生温室气体，被普遍视为实现碳中和方针的主要路径之一。

顾名思义，电解水就是经由过程电能将水份解成氢气与氧气的进程。在电能和高效催化剂的配合感化下，水份子被电解，析出氢份子和氧份子。

今朝，碱性电解水（ALK）和质子互换膜电解水（PEM）两种电解水制氢手艺占比力高。此中，ALK制氢手艺具有出产本钱低、工业化成熟的特点，但发生的氢气纯度不高且能量效力低。PEM制氢手艺能量效力高，发生的氢气纯度较高，但因为其在酸性前提下运行，需要贵金属催化剂，是以氢气出产本钱较高。阴离子互换膜（AEM）制氢手艺被认为是集ALK与PEM优势在一体的第三代电解水制氢手艺，具有高效力、低本钱、快速启停等优势，但在年夜电流密度下电解槽系统不变性不足限制了其财产化利用。是以，开辟年夜电流密度下寿命长、机能不变的碱性析氢催化剂是AEM制氢手艺亟待解决的焦点问题之一。

罗景山介绍，当前的电解水进程年夜多利用铂基材料作为析氢反映催化剂，机能良好但本钱较高。钌作为价钱较低的贵金属，具有高催化活性和杰出的经久性，是铂的抱负替换品，具有较好的利用前景。

“已被报导的碱性前提下的钌基析氢催化剂年夜多是在低电流密度下进行测试。可以或许在年夜电流密度下连结电催化剂的高机能，从而知足年夜范围贸易化利用的需要，是我们团队攻关的焦点问题。”罗景山说。

图1RuNPs/TiN的合成示意图。

由载体和贵金属构成的非均相催化剂是能量转换、化学合成和污染物降解等范畴研究的重点。载体和金属的彼此感化，会极年夜地影响催化剂的机能。团队研究发现，钌纳米颗粒与氮化钛载体之间具有强彼此感化，能有用调理钌纳米颗粒的电子布局，优化氢中心体的吸附能，提高催化活性。

图2(a)三电极系统中RuNPs/TiN与贸易化Pt/C(20%)、Ru/C(5%)机能对照。电解液：1MKOH。(b)阴离子互换膜电解槽的示意图。(c)RuNPs/TiN||FAAM-20||NiMoFeOxNF阴离子互换膜电解槽在分歧温度下的LSV曲线。(d)RuNPs/TiN||FAAM-20||NiMoFeOxNF在1、2和5Acm?2电流密度下的电位-时候曲线。电极的几何面积：1cm2；电解液：30%KOH；电解液温度：80℃。

“我们利用RuNPs/TiN作为析氢反映催化剂组装了AEM电解槽，在每平方厘米0.5安培、1安培和2安培的电流密度下别离实现了70.1%，64.3%和58.0%的能量效力，并能在每平方厘米1安培，2安培和5安培的电流密度下不变运行跨越1000小时，机能几近没有衰减。”论文第一作者、南开年夜学电子信息与光学工程学院2021级博士生赵佳说。

南开年夜学为该项工作的第一完成单元和通信单元，南开年夜学罗景山传授和西班牙巴斯克年夜学FedericoCalle-Vallejo传授为该论文的通信作者。该工作获得了国度重点研发打算青年科学家项目、国度天然科学基金委优异青年科学基金、天津市卓异青年基金等项目帮助。

“在5安培每平方厘米的工业级电流密度下，我们的研究功效可以或许在AEM电解槽中高效不变运行，知足了AEM制氢年夜范围贸易化利用的需求。”罗景山说，“将来，我们团队将继续投入到绿氢制备手艺的自立研发当中，增进科技功效尽快转化落地，为构建零碳、低本钱、平安靠得住的绿氢能源供给系统进献气力。”

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50691-5

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