電解水制氫技術(shù)是目前可持續(xù)、清潔制氫的關(guān)鍵技術(shù)。然而由于成本消耗過高,工業(yè)上利用該技術(shù)制備的氫氣份額只占到氫氣總產(chǎn)量的4%。電解水制氫技術(shù)中成本消耗來源之一來自于電解水兩個半反應(yīng)——產(chǎn)氫反應(yīng)以及產(chǎn)氧反應(yīng)的反應(yīng)過電勢所導(dǎo)致的能量消耗;而向電解水體系中引入催化材料可以改變相關(guān)反應(yīng)能壘,進而有效降低反應(yīng)過電勢,提高能量轉(zhuǎn)化效率。目前,催化電解水產(chǎn)氫及產(chǎn)氧反應(yīng)活性最高的材料均為貴金屬材料,分別為鉑基催化劑及銥、釕基催化劑,而貴金屬材料的極低豐度和極高價格作為另一成本消耗來源同樣限制了電解水制氫技術(shù)發(fā)展。因此,發(fā)展電解水技術(shù)的一個關(guān)鍵方向是發(fā)展高活性的、廉價的非貴金屬催化材料,使水裂解反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化效率在最大化的同時真正地降低整體技術(shù)成本,進而得到廣泛、可持續(xù)的發(fā)展。理想的電解水催化材料應(yīng)該具備以下特點:（1）高催化活性,活性接近貴金屬催化劑甚至超過貴金屬催化劑;（2）高催化穩(wěn)定性,需要具有穩(wěn)定的催化結(jié)構(gòu)防止材料失活,最好可以維持催化活性幾年甚至幾十年穩(wěn)定不變;（3）材料組成廉價易得,以滿足可持續(xù)發(fā)展策略;（4）材料合成方法簡單易擴大,以滿足大范圍的工業(yè)需求。目前已知材料還無法達到以上標準,這需要... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：157 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

未來氫能經(jīng)濟循環(huán)圖

圖 1.2 電解池示意圖Figure 1.2 Schematic electrolysis cell氣分子、氧氣分子相比更加穩(wěn)定，所以。電解水反應(yīng)的標準電極電勢為 1.23 的電勢即可以發(fā)生水的裂解反應(yīng)。然而電勢需要達到 1.55 V 甚至是 1.65 V。勢即為電解水反應(yīng)的過電勢[7]，這部分且對實際生產(chǎn)沒有任何幫助。我們可以的能量轉(zhuǎn)化效率，因此如何提高能量轉(zhuǎn)降低電解水反應(yīng)總電能消耗的關(guān)鍵問際電勢 (Vop)可以用公式(1-4)進行描述

過優(yōu)化電解池結(jié)構(gòu)來進行降低，而陰極過電勢 ηc和反應(yīng)本身的反應(yīng)能壘 (活化能壘)，它們是反應(yīng)本身引入催化劑——改變相關(guān)反應(yīng)能壘——來達到降低化性質(zhì)最好的電催化水裂解產(chǎn)氫催化劑是鉑基催化劑產(chǎn)氫催化劑則是銥及釕基催化劑[8]。盡管它們具有的組成都含有貴金屬——在地球上的儲量極低 (圖 。也就是說，貴金屬催化劑的引入雖然降低了電能消但與此同時在另一方面增加了電解水技術(shù)成本，并且限制了電解水技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。因此，目前電解水高活性的、廉價的非貴金屬催化材料，進一步利用這應(yīng)的反應(yīng)能壘，使水裂解反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化效率在最大化成本，進而使其得到廣泛、可持續(xù)的發(fā)展。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Heterostructured Electrocatalysts for Hydrogen Evolution Reaction Under Alkaline Conditions[J]. Jumeng Wei,Min Zhou,Anchun Long,Yanming Xue,Hanbin Liao,Chao Wei,Zhichuan J.Xu.  Nano-Micro Letters. 2018(04)



本文編號：3524703