高效的硫離子氧化反應(yīng)助力電解水節(jié)能制氫

2022-12-16 來源：科學(xué)材料站 瀏覽數(shù)：565

目前，海水電解系統(tǒng)的主要瓶頸在于陽極緩速的析氧反應(yīng)，并且現(xiàn)有高效的析氧反應(yīng)電極通常需要極高的電壓才能達(dá)到高電流密度，在這種情況下，海水中大量的氯離子在堿性條件下會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的氯氧化反應(yīng)，導(dǎo)致海水電解效率不佳并且釋放有毒的Cl2或ClO?離子腐蝕設(shè)備及污染環(huán)境。硫離子氧化反應(yīng)對于取代析氧反應(yīng)實(shí)現(xiàn)低能耗制氫以及凈化含硫污染物具有很大的潛力。然而，硫離子氧化反應(yīng)的機(jī)理研究尚不完善并且硫在電極表面的沉積易造成失活。

 目前，海水電解系統(tǒng)的主要瓶頸在于陽極緩速的析氧反應(yīng)，并且現(xiàn)有高效的析氧反應(yīng)電極通常需要極高的電壓才能達(dá)到高電流密度，在這種情況下，海水中大量的氯離子在堿性條件下會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的氯氧化反應(yīng)，導(dǎo)致海水電解效率不佳并且釋放有毒的Cl2或ClO−離子腐蝕設(shè)備及污染環(huán)境。硫離子氧化反應(yīng)對于取代析氧反應(yīng)實(shí)現(xiàn)低能耗制氫以及凈化含硫污染物具有很大的潛力。然而，硫離子氧化反應(yīng)的機(jī)理研究尚不完善并且硫在電極表面的沉積易造成失活。

 

近日，來自中南大學(xué)的唐愛東教授與中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)的楊華明教授合作，在國際知名期刊Advanced Functional Materials上發(fā)表題為“Bifunctional Co3S4 Nanowires for Robust Sulfion Oxidation and Hydrogen Generation with Low Power Consumption”的文章。這項(xiàng)工作提出了Co3S4參與的硫離子氧化反應(yīng)中S2−逐步氧化成短鏈多硫化物后繼續(xù)氧化成S8的反應(yīng)機(jī)制，并且搭建的全新混合海水電解裝置可同時(shí)用于陽極的硫離子氧化和陰極的海水還原實(shí)現(xiàn)低能耗制氫及高效處理含硫污水。

 

 

DOI: 10.1002/adfm.202212183

 

該項(xiàng)工作認(rèn)為雖然一些基于硫化物的非貴金屬催化劑被報(bào)道可以提高硫離子氧化反應(yīng)的活性，然而大多數(shù)催化劑過電位過高（普遍需要超過1.1V的過電位驅(qū)動(dòng)100mA·cm-2)，并且S2-離子容易腐蝕或毒害催化劑影響其使用壽命進(jìn)而導(dǎo)致催化性能不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

 

基于此，本文提出利用簡單的兩步水熱法合成即可滿足復(fù)雜的富氯條件下的長時(shí)間節(jié)能制氫，又能在有毒的富硫條件下穩(wěn)定催化硫離子氧化的雙功能Co3S4納米線，這為低成本及高效率的混合海水電解系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開辟了新途徑。

【延伸閱讀】

一批京津冀氫能產(chǎn)業(yè)合作項(xiàng)目簽約落地

中國首個(gè)！阿拉善50萬噸電解水制氫耦合二氧化碳合成綠色甲醇項(xiàng)目正式啟動(dòng)

華東理工大學(xué)陰離子交換膜電解水制氫催化劑研究新進(jìn)展

清能股份400kW燃料電池電堆及5MW AEM電解水制氫系統(tǒng)問世

希倍優(yōu)氫能攜堿性電解水制氫系統(tǒng)一體化解決方案亮相北京風(fēng)能展

惠生工程與氫輝能源簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議

國內(nèi)單槽規(guī)模最大！ 國氫科技“500Nm3/h質(zhì)子交換膜電解水制氫電解槽”通過第三方認(rèn)證

鑫思創(chuàng)氫能云南國際高海拔地區(qū)PEM電解水制氫制氧及綜合利用關(guān)鍵技術(shù)研究及示范項(xiàng)目順

天祝縣 氫燃料電池用不銹鋼材料關(guān)鍵性能指標(biāo)全面達(dá)標(biāo)

嘉興電解水制氫電堆項(xiàng)目環(huán)評文件審批意見公示

閱讀上文 >> 氫能煉鋼：技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)與前景

閱讀下文 >> 嘉定氫能港——圍繞氫燃料電池系統(tǒng)重點(diǎn)突破氫能應(yīng)用瓶頸難題