乐天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

南开资讯网讯（通信员赵佳记者高雨桐）日前，南开年夜学电子信息与光学项目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）传授团队于电催化水份解制氢研究中取患上主要进展。该结合团队哄骗金属载体彼此作用修筑了碱性前提高活性析氢催化剂，可以或许于每一平方米5万安培的年夜电流密度下不变运转跨越1000小时，满意了阴离子互换膜电解水制氢技能贸易化运用的需求，相干研究结果于国际闻名学术期刊《天然-通信》揭晓。

氢能作为一种低碳高效的清洁能源，于全世界能源转型以及应答天气变迁方面饰演主要脚色。根据制氢的三种要领，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于出产历程中不孕育发生温室气体，被广泛视为实现碳中以及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历程。于电能以及高效催化剂的配合作用下，水份子被电解，析出氢份子以及氧份子。

今朝，碱性电解水（ALK）以及质子互换膜电解水（PEM）两种电解水制氢技能占比力高。此中，ALK制氢技能具备出产成本低、工业化成熟的特色，但孕育发生的氢气纯度不高且能量效率低。PEM制氢技能能量效率高，孕育发生的氢气纯度较高，但因为其于酸性前提下运转，需要贵金属催化剂，是以氢气出产成本较高。阴离子互换膜（AEM）制氢技能被以为是集ALK与PEM上风在一体的第三代电解水制氢技能，具备高效率、低成本、倏地启停等上风，但于年夜电流密度下电解槽体系不变性有余限定了其财产化运用。是以，开发年夜电流密度下寿命长、机能不变的碱性析氢催化剂是AEM制氢技能亟待解决的焦点问题之一。

罗景山先容，当前的电解水历程年夜多使用铂基质料作为析氢反映催化剂，机能优质但成本较高。钌作为价格较低的贵金属，具备高催化活性以及精良的经久性，是铂的抱负替换品，具备较好的运用远景。

“已经被报导的碱性前提下的钌基析氢催化剂年夜可能是于低电流密度下举行测试。可以或许于年夜电流密度下连结电催化剂的高机能，从而满意年夜范围贸易化运用的需要，是咱们团队攻关的焦点问题。”罗景山说。

图1RuNPs/TiN的合成示用意。

由载体以及贵金属构成的非均相催化剂是能量转换、化学合成以及污染物降解等范畴研究的重点。载体以及金属的彼此作用，会极年夜地影响催化剂的机能。团队研究发明，钌纳米颗粒与氮化钛载体之间具备强彼此作用，能有用调治钌纳米颗粒的电子布局，优化氢中间体的吸附能，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%)机能对于比。电解液：1MKOH。(b)阴离子互换膜电解槽的示用意。(c)RuNPs/TiN||FAAM-20||NiMoFeOxNF阴离子互换膜电解槽于差别温度下的LSV曲线。(d)RuNPs/TiN||FAAM-20||NiMoFeOxNF于一、2以及5Acm?2电流密度下的电位-时间曲线。电极的几何面积：1cm2；电解液：30%KOH；电解液温度：80℃。

“咱们使用RuNPs/TiN作为析氢反映催化剂拆卸了AEM电解槽，于每一平方厘米0.5安培、1安培以及2安培的电流密度下别离实现了70.1%，64.3%以及58.0%的能量效率，并能于每一平方厘米1安培，2安培以及5安培的电流密度下不变运转跨越1000小时，机能险些没有衰减。”论文第一作者、南开年夜学电子信息与光学项目学院2021级玻士生赵佳说。

南开年夜学为该项事情的第一完成单元以及通信单元，南开年夜学罗景山传授以及西班牙巴斯克年夜学FedericoCalle-Vallejo传授为该论文的通信作者。该事情获得了国度重点研发规划青年科学家工程、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工程资助。

“于5安培每一平方厘米的工业级电流密度下，咱们的研究结果可以或许于AEM电解槽中高效不变运转，满意了AEM制氢年夜范围贸易化运用的需求。”罗景山说，“将来，咱们团队将继承投入到绿氢制备技能的自立研发之中，促成科技结果尽快转化落地，为构建零碳、低成本、保险靠得住的绿氢能源供应系统孝敬气力。”

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

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