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01

2018

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03

多級結構高活性電解水電極

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　　隨著化石燃料快速消耗及環境污染等問題日益嚴重，發展可再生能源勢在必行。氫能因其具有清潔和可再生等特點，被認為有望取代傳統化石燃料。深度利用氫能的關鍵在于低成本、規模化地制備氫氣。電解水制氫是有效途徑之一，但其陽極析氧反應（OER）和陰極析氫反應（HER）目前仍然表現出較高的過電位，極大地限制了電解水制氫的效率。目前為止，貴金屬材料Pt/C和IrO2分別是HER和OER高效的催化劑，但是它們高昂的價格和有限的存儲量限制了其大規模應用。盡管非貴金屬HER、OER催化劑的研究取得了一系列進展，仍然存在一些挑戰。例如，如何簡易、規模化地制備高活性多級納米結構化電極，實現大電流密度下的全水電解仍是亟待解決的問題與挑戰之一。
　　最近，中國科學院化學研究所胡勁松研究員課題組與河北師范大學李冀輝教授合作，報道了一種簡易的化學刻蝕法，將工業NiAl合金浸泡于強堿溶液中，由于金屬Al容易被強堿刻蝕，同時金屬Ni容易與強堿反應，從而在與NiAl合金基底上直接生成Ni(OH)2納米片陣列，形成了具有高度孔隙的多級結構骨架Ni(OH)2/NiAl。電化學研究表明該骨架表現出較好的OER催化劑性能，在電流密度為10和100 mA cm-2處的過電位分別為289和425 mV。在此基礎上，研究人員通過簡單的電沉積方法，將對析氫反應具有更高活性的NiMo合金，以及對析氧反應具有更高活性NiFe合金分別沉積在Ni(OH)2/NiAl活性骨架上，通過活性物質與三維多級活性骨架結構的復合，獲得了更加高效的析氫電極NiMo/Ni(OH)2/NiAl和析氧電極NiFe/Ni(OH)2/NiAl。所得復合析氫電極在10 mA cm-2處的過電位僅為78 mV；并且復合析氧電極在電流密度為10、100和500 mA cm-2處的過電位分別僅為246、315和374 mV。由這兩個電極構成的堿性條件下電解水裝置在10 mA cm-2電流密度下的槽壓僅為1.59 V。
　　由于此項研究工作中電解水電極的制備方法極其簡單，原料易得，可以通過直接在堿性電解液中浸泡工業NiAl合金就可實現高效水電解，同時多級電極結構的設計有利于實現在電流密度下的電解水，因此十分方便規模化制備及實際工業應用，有望實現規模化生產與應用。這種通過刻蝕工業合金制備具有多級納米結構的電化學裝置電極的方法也為設計其它高活性電極提供了新的思路。

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