【背景介紹】

受淡水資源的限制，海水被認(rèn)為是水電解制氫的潛在原料。然而，海水中高濃度的氯離子會導(dǎo)致競爭性的析氯反應(yīng)(ClER)，并對催化劑的嚴(yán)重腐蝕，使得電解水效率下降。因此，開發(fā)高效、穩(wěn)定、耐氯的電催化劑對于電解海水至關(guān)重要。貴金屬催化劑雖活性優(yōu)異，但高成本阻礙了其廣泛應(yīng)用。因此，過渡金屬基材料被認(rèn)為是理想的替代者。其中，氧元素具有高電負(fù)性，因此，過渡金屬氧化物表面的氧原子層在與過渡金屬成鍵時會導(dǎo)致成鍵的極化作用增強，進而形成富電子層。在此基礎(chǔ)上，通過增強這一富電子層，以增強其對氯離子的排斥作用和電解水的本征活性，對電解海水具有重要意義。

【內(nèi)容簡介】

日前，中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院孟祥超教授課題組在Nano Energy上發(fā)表了題為“Fe-NiO/MoO2 and in-situ reconstructed Fe, Mo-NiOOH with enhanced negatively charges of oxygen atoms on the surface for salinity tolerance seawater splitting”的研究文章，作者采用電沉積和快速焦耳熱方法制備了一種耐腐蝕的Fe-NiO/MoO2雙功能催化劑，用于海水電解。其中，快速焦耳加熱法確保了催化劑在制備過程中的可控?zé)峤膺€原和異質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定形成。針對高濃度氯離子干擾的挑戰(zhàn)，本研究制備的Fe-NiO/MoO2在析氧反應(yīng)過程中原位重構(gòu)為Fe, Mo-NiOOH，通過Fe和Mo的共摻雜，使得更多的電子轉(zhuǎn)移到Fe, Mo-NiOOH表面的氧原子層上，增強了對氯離子的排斥作用。實驗結(jié)果顯示，在堿性海水中，重構(gòu)的Fe, Mo-NiOOH在1000 mA cm-2下的過電位為399 mV。當(dāng)NaCl濃度提高至3 M時，F(xiàn)e, Mo-NiOOH 在500 mA cm-2下的過電位僅增加約0.02 V。對于析氫反應(yīng)，F(xiàn)e-NiO/MoO2在1000 mA cm-2下的過電位為417 mV。當(dāng)NaCl濃度提高至3 M時，F(xiàn)e-NiO/MoO2的過電位在500 mA cm-2下的過電位幾乎不變。這項工作為開發(fā)高效耐鹽的海水裂解電催化劑提供了新的啟示。

【圖文速覽】

圖1 (a) Schematic illustration of the synthesis for Fe-NiO/MoO2. (b) Heating curves for the Joule heating method. (c) SEM image and EDS mapping, (d) XRD, (e-g) TEM images of Fe-NiO/MoO2.

圖2 (a) Schematic picture of AEM seawater electrolyzer. (b) LSV curves of the electrolyzer in alkaline seawater electrolyte and 1 M KOH electrolyte with 3 M NaCl. (c) The Volume of gas theoretically calculated and experimentally measured versus time. (d) Chronopotentiometry at 100?mA?cm?2 for overall water splitting in 1 M KOH electrolyte with 3 M NaCl.

【作者簡介】

孟祥超，男，中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。本科畢業(yè)于中國海洋大學(xué)，碩士和博士畢業(yè)于加拿大渥太華大學(xué)。2019年加入中國海洋大學(xué)。主要研究方向：光電催化裂解海水制氫及新型光電催化反應(yīng)器設(shè)計及開發(fā)。在光電催化領(lǐng)域發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇。課題組網(wǎng)站：https://www.x-mol.com/groups/Meng_Xiangchao。