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          學術聚焦
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          材料學院姜魯華教授團隊自驅動海水制氫系統研究取得進展

          作者:劉光波、許穎雙 審核:謝廣文 張巖 來源:材料學院 編輯:潘超超   點擊: 日期:2022-04-27

          鎂/海水電池以海水為電解質兼陰極反應物,無需額外攜帶電解質,因而電池比能量高、海洋適應性好。近年來,姜魯華團隊圍繞陰極海水還原反應動力學慢、催化劑活性和穩定性差等科學技術挑戰,開發了系列高活性高穩定性非貴金屬催化劑,鎂/海水電池性能和穩定性大幅提升。(相關進展詳見:ACS Appl. Mater. Interfaces,2022, 14, 10246;Journal of Power Sources,2021, 486, 229351;ACS Sustain. Chem. Eng.,2021, 9, 38, 13106;Nano Materials Science,DOI: 10.1016/J.NANOMS.2020.12.003)。

          海水直接電解制氫對于沿海城市具有重要意義,但其電依賴性限制了海水制氫的空間應用范圍。最近,該團隊在前期工作的基礎上巧妙地將鎂/海水電池與海水電解耦合,開發出一套新型自驅動海水電解制氫系統(圖1)。在該系統中,鎂/海水電池為電解海水裝置提供電能,電解海水裝置和鎂/海水電池的陰極均產生氫氣,制氫效率顯著提升。這種自驅動直接海水電解系統提供了一種可行的不依賴外電網的海水制氫策略。

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          圖1自驅動海水制氫系統工作原理圖

          該系統中嵌入了團隊自行開發的高活性MoNi/NiMoO4異質結構海水析氫催化劑,該催化劑在異質界面處形成肖特基結內建電場,使得MoNi和NiMoO4異質界面分別表現出親電性和親核性,海水析氫反應過程中電荷傳輸效率得到顯著提升,極大地促進了中性海水環境下水的解離。采用MoNi/NiMoO4異質結構催化劑的鎂/海水電池最大輸出功率密度可達21.08 mW cm-2,為目前報導的性能最高的鎂/海水電池(圖2,左);所構建的鎂/海水電池驅動的海水電解制氫系統產氫效率高達12.11 mL cm-2h-1,是目前報導的最先進的自驅動制氫系統之一(圖2,右)。

          圖2鎂/海水電池驅動發光二極管(左),鎂/海水電池驅動海水電解制氫裝置(右)

          該工作以“Mg/seawater batteries driven self-powered direct seawater electrolysis systems for hydrogen production”為題發表于國際知名期刊Nano Energy(中科院JCR一區TOP期刊,影響因子17.881),碩士研究生許穎雙和呂洪浩為論文共同第一作者,劉光波副教授和姜魯華教授為論文通訊作者,青島科技大學為論文第一完成單位。

          該研究得到國家自然科學基金(22179067)和山東省泰山學者工程(ts201712046)支持。

          論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107295

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