用于酸性水氧化的電催化劑的最新研究進展

劉培芳 韓會麗 張宗文 王玲玲

(信陽師范學院，實驗室建設與設備管理處，河南 信陽 464000)

1 前言

當前有關全球變暖和氣候變化的問題要求人們加大努力尋找清潔和可持續的燃料，替代傳統的化石燃料并減少碳排放[1，2]。氫是一種有應用前景的清潔能源載體，可以克服由化石燃料引起的環境污染。氫在燃料電池中可有效地轉化為電能，僅僅只有水一種產物。目前，氫氣主要是通過重整化石燃料(例如天然氣、煤炭和石油)生產的，而化石燃料是不可再生的資源。電解水是生產可再生能源氫氣的可持續方式[3]。電解水是通過電流的作用將水分解為氫氣和氧氣。[HER]發生在陰極上，而氧在陽極上發生[OER]反應。理想情況下，在水電解槽中，陽極與陰極之間的電位差為1.23V，然而，在實際的水電解槽中，由于兩個電極上的超電勢，需要更高的電壓來維持理想的生產率。因此需要開發有效的催化劑，以最大程度地降低HER和OER的過電位。可以使用各種電催化劑在堿性、中性和酸性介質中進行電化學水分解。在堿性和中性溶液中，該膜具有許多缺點，包括離子電導率低，OH-遷移動力學緩慢和CO2污染問題。相反，在酸性溶液中，電極反應的動力學由于陽極和陰極之間的質子轉移速率更高，因此它們比堿性和中性離子快得多。例如，在酸性溶液中具有質子交換膜(PEM)的水電解器在70-80°C時可達到800-2500mAcm-2，而在堿性溶液中具有陰離子交換膜的電解器可提供低得多的電流密度[4]。在50-70°C時為200-500mA cm-2。此外，PEM電解槽的工作電壓低于陰離子交換膜，因為它們在陽極和陰極上的過電勢都較低。……