近期,《自然•通訊》(Nature Communications)線上發表了武漢大學物理科學與技術學院晏寧教授課題組無電解質隔膜流動電解池在大電流密度下電催化水分解方面取得的最新成果。論文題為“A membrane-free flow electrolyzer operating at high current density using earth-abundant catalysts for water splitting”(《使用地球豐量元素作為催化劑的無電解質隔膜流動電解池實現了大電流下的水分解》)。該研究工作第一署名組織為武漢大學物理科學與技術學院,晏寧教授為通訊作者,武漢大學物理科學與技術學院2020級博士生嚴小雨為第一作者。這項工作的作者還包括武漢大學物理科學與技術學院2020級博士生曹曉娟、2019級碩士生趙凱、2020級碩士生吳曉育、2018級大學生趙陽、阿姆斯特丹大學Gadi Rothenberg教授、Jasper Biemolt博士以及武漢理工大學楊瑩講師。
電化學分解水制氫是最永續的制氫方法之一。由於傳統鹼性電解池和新興質子交換膜電解池受到結構與資料的固有限制,存在資料及運行成本高的問題。
針對上述問題,晏寧教授課題組設計了一種無電解質隔膜的流動電解池,該電解池以“三明治結構”和迴圈操作模式為特色,實現了水分解反應的解耦。該結構通過物理上分離富含H2的陰極電解液和富含O2的陽極電解液,使電解水得到的H2純度達到>99.1%。同時,該電解池使用了低成本、高活性的催化劑,表現出了低的內阻以及高的傳質速率,在2.1 V的偏壓條件下實現了750 mA cm-2的水分解電流密度。特別是無論在去離子水還是普通自來水中,電解池都能够表現出優良的活性與穩定性。這項工作通過電解池結構和資料的設計,將不同電解池設計理念的優點結合,為永續制氫開闢了途徑。
a)無電解質隔膜流動電解池的結構圖;b,c)工作原理圖。
文章連結:https://www.nature.com/articles/s41467-021-24284-5
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