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清華張強&唐城ACS Nano綜述:直接/間接海水電解進展!
來源: 時間:2023-12-05 17:32:30 瀏覽:3663次

第一作者:Wenjun He

通訊作者:張強教授、唐城副研究員

通訊單位:清華大學(xué)

DOI:https://doi.org/10.1021/acsnano.3c08450.



研究背景



將海水電解與沿海太陽能/海上風(fēng)能相結(jié)合,有利于成為基于可再生能源的制氫技術(shù)的一個有吸引力的選擇。海水電解分為陰極析氫反應(yīng)(HER)和陽極析氧反應(yīng)(OER),伴有陽極析氯反應(yīng)(CER)中鹵化物的競爭,因此海水電解面臨的主要挑戰(zhàn)是如何避免CER在陽極選擇性地進行OER。在堿性介質(zhì)中,通過CER形成次氯酸鹽的過電位值小于0.480 V,可避免選擇性O(shè)ER,而在酸性介質(zhì)有利于OER。海水電解的另一個主要挑戰(zhàn)是各種可溶性陽離子(Na+、Mg2+、Ca2+等),細菌/微生物和固體雜質(zhì)/沉淀物的存在,可能會毒害催化劑、電極和膜,縮短電解槽的穩(wěn)定使用壽命。此外,目前海水淡化的水質(zhì)不足以直接用于電解槽,需要進一步凈化,成本增加。因此,從實際應(yīng)用的角度,需要進一步深入研究和技術(shù)創(chuàng)新來解決雜質(zhì)的影響。基于此,清華大學(xué)張強教授和唐城副研究員(共同通訊作者)等人報道了以低成本、高效率、長壽命為目標(biāo),綜述了低品位海水電解的最新研究進展。從材料工程和系統(tǒng)創(chuàng)新的角度全面討論當(dāng)前海水直接/間接電解的挑戰(zhàn)、研究成果和設(shè)計原則。強調(diào)了開發(fā)高效穩(wěn)定的催化劑、先進的膜和集成電解槽的進一步機會,以實現(xiàn)海水和低品位水源的綠色制氫。



文章要點



1、作者從材料工程和系統(tǒng)創(chuàng)新兩方面綜述了加快海水直接/間接電解效率和耐久性的最新進展。無論是直接或間接的海水電解,還是低品位的水電解,在工業(yè)相關(guān)的電流密度下,開發(fā)具有高活性、高選擇性和長期穩(wěn)定性的電催化劑是前提。

2、在短期內(nèi),考慮到先進的技術(shù)準(zhǔn)備,間接海水電解可能更可行。無論是分離兩步法還是集成電解槽,進一步提高海水凈化技術(shù)的效率、提高凈化水平、靈活的規(guī)模都至關(guān)重要。先進的膜基方法或其他創(chuàng)新設(shè)計是實現(xiàn)集成電解槽的長期和高產(chǎn)量性能的先決條件。此外,光伏/風(fēng)力發(fā)電、集成式海水電解槽和燃料電池相結(jié)合,對解決近海和偏遠地區(qū)的能源和淡水供應(yīng)問題具有重要意義。

3、盡管在直接或間接的海水電解方面存在挑戰(zhàn),但隨著對高效和穩(wěn)定的催化劑、先進的膜和集成電解槽的持續(xù)研究和優(yōu)化有望取得突破。這些海水電解技術(shù)的進展也適用于其他低品位水源,如地下水、工業(yè)廢水、地表水、污水等,有利于解決缺水和水質(zhì)問題。



圖文展示



圖1.海水電解反應(yīng)的意義及挑戰(zhàn)

圖2.海水直接電解過程中陽極催化劑的設(shè)計策略

圖3.加速海水中的OER催化

圖4. HSEs中的其他電化學(xué)氧化反應(yīng)取代OER

圖5.通過構(gòu)建選擇性阻斷層來抑制CER

圖6.海水中Cl?物種的有效利用

圖7.間接海水電解系統(tǒng) 


圖8.用于直接海水電解的集成膜基電解槽

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全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具?,F(xiàn)代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產(chǎn)生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現(xiàn)了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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