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木士春教授在太阳能-电解水制氢方面取得重要成果

发布日期:2020-07-19 浏览次数:

  近日,我校材料复合新技术国家重点实验室木士春教授课题组联合广东佛山仙湖实验室在磷化物电解水制氢领域又取得重要进展,研究成果已在国际能源材料顶级刊物《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)上在线发表。

  氢能作为一种新型绿色能源受到了研究者的广泛关注。在现有的制氢技术中,电解水制氢因具有绿色、氢纯度高和可持续等特点被认为是一种非常有吸引力的制氢方法。而开发高效的析氧反应(OER)和析氢反应(HER)双功能电催化剂是电解水制氢技术的关键。过渡金属磷化物(TMPs)作为一类间隙化合物,具有高的导电性、电催化活性及电化学稳定性,被认为是未来非Pt催化剂的理想材料之一。近五年来,木士春教授课题组在磷化物电解水制氢催化剂的设计、构筑及电催化性能方面开展了大量的研究工作,已在Angew Chem Int Ed、Energy Environ Sci、Adv Energy Mater、Adv Funct Mater、Nano Energy、J Catal等国际权威期刊上发表20余篇相关高质量论文。此外,在实际应用中,电解水制氢一直受到电能的限制。考虑到太阳能的丰富性,建立以磷化物为催化剂的太阳能制氢系统是未来电解水制氢技术发展的重要方向之一。

木士春教授在太阳能-电解水制氢方面取得重要成果

  在此基础上,最近他们在泡沫镍上原位生长出类普鲁士蓝(PBA),经载Ru和高温磷化处理后获得具有超低Ru含量的Ru-MnFeP/NF催化剂。在碱性条件下,制备得到的Ru-MnFeP/NF展现出了较低的HER(35 mV @ 10mA cm-2)和OER(191mV @ 20mA cm-2)过电位。这是因为Ru的引入增加了催化材料的导电性及组分间的协同作用,从而改善含氢和含氧中间体的吸附过程。因此, 当将其作为双功能催化剂组装成电解槽时,仅需1.47 V的超低电压就可以达到10 mA cm-2的电流密度。这是迄今报道的最低水分解电压值之一。更重要的是,他们利用该全水解装置成功构建和演示了太阳能制氢系统,使Ru-MnFeP/NF催化剂的规模化应用成为了可能。此外,该催化剂还具有优异的稳定性和近乎100%的法拉第效率。值得注意的是,Ru作为Pt族的一员,具有类Pt的析氢活性和高于Pt的析氧活性,而且价格仅为Pt的4%,非常具有商业吸引力。这项研究成果将有助于开发环境友好的氢能和低成本、高效的电化学能量转换装置。

  论文第一作者为硕士研究生陈钉,通讯作者为木士春教授。武汉理工大学纳微结构研究中心吴劲松教授和胡执一副研究员等研究人员协助完成了催化剂的球差电镜表征工作。该项研究获得了国家自然科学基金(No.51672204)及国家重点研发计划(No. 2016YFA0202603)等项目的支持。

  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202000814

  通讯员:熊远禄 审稿人:罗小寒

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