钙钛矿氧化物在全电解水技术中的首次应用

氢能由于高效、清洁环保、可以存储与运输等特点,被认为是21世纪最有应用前景的新能源之一。针对工业化制氢存在污染环境的问题,电解水制氢是一种高效清洁的制氢方式,越来越受到人们的重视。电解水通过电解槽可以将间歇性的可再生能源(如太阳能、风能、潮汐能等)产生的电能转换为化学能(以H2和O2形式),进而进行大规模的能量存储。目前,电解水技术主要受限于两个半反应的的动力学性质,即阳极的氧析出反应(OER)和阴极的氢析出反应(HER)。为了加快反应进行的速率,降低过电势,开发高效的OER和HER电催化剂势在必行。迄今为止,贵金属Pt和贵金属氧化物RuO2/IrO2分别被公认是活性最好的HER和OER 催化剂,但是这些贵金属催化剂由于存在资源短缺、价格昂贵、稳定性差的特点,从而限制了它们的大规模应用。出于简化系统和降低成本的考虑,制备可同时高效催化OER和HER的非贵金属双功能全电解水催化剂成为了如今的研究热点。

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近期,南京工业大学邵宗平教授和美国佐治亚理工学院刘美林教授及其研究团队在非贵金属电解水催化剂方面取得了重要进展。采用静电纺丝技术成功地制备了一维纳米棒形貌的SrNb0.1Co0.7Fe0.2O3-δ钙钛矿(SNCF-NR),该材料在碱性溶液中显示出优异的OER和HER双功能催化活性和稳定性。更引人注目的是,当把SNCF-NR应用于全电解水技术时,体现出十分出色的电解水性能。在两电极体系中,SNCF-NR催化剂同时作为电解水装置的阴极和阳极材料,在10 mA cm-2的过电势仅为1.68 V,该性能与文献中已报道的多数全电解水双功能催化剂相媲美。这项工作是钙钛矿氧化物在全电解水技术中应用的首次报道,这为寻找贵金属电解水催化剂替代物提供了新的方向。

相关工作发表在Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.201602122)上。文章第一作者为南京工业大学化工学院博士研究生朱印龙。