EcoMat:基于钴镍铁的可逆三元电催化剂用于高效间歇性水分解

由可再生电力驱动的水分解过程为清洁氢能的生产提供了可持续发展的前景与可能,传统的贵金属电催化剂由于受到了其昂贵的造价及低反应稳定性的制约,并不适合大规模地应用于商业电解池中。更重要的是,在实际生产过程中,频繁的启动和关闭电解池系统以及对间歇性的可再生电能(如太阳能、风能等)的使用将不可避免的带来供电系统的稳定性问题,从而导致电极材料的腐蚀及系统反应效率的下降。具体地,当频繁的切换供电状态时(如开、关及电压扰动),对应的阳极或阴极上将短暂地出现相反的电压,从而发生阳极还原或阴极氧化现象,并进一步导致电极上反应催化剂的失活,严重降低了电解池的反应活性。上述问题都严重制约了电解水系统在实际氢能生产中的有效利用。因此,为了解决这些问题,开发一种廉价、高效、稳定且能够承受住电压状态的频繁变化的电催化剂就显得尤为重要。

澳大利亚新南威尔士大学的赵川教授及卢迅宇博士等人开发了一种高效的三元钴镍铁催化剂,通过电沉积的方式均匀地生长在良导体泡沫镍上。该催化剂在电催化产氢及产氧过程中展现出了极高的活性,是一种良好的全解水双功能电催化剂。此外,由负载了该催化剂的泡沫镍电极组成的全解水电解池在频繁的间歇性供电情况下表现出了极强的稳定性,为电解水体系与可再生电力的有机结合提供了可能。该稳定性来源于电催化剂良好的“抗压”能力,即在剧烈变化的不同电压下仍然能保持高效的产氢与产氧催化活性。具体表现为该电催化剂在相反工作电压下可逆的产氢与产氧能力,而这可能是来源于其上反应活性组分在不同电压下的可再生性能。该报道中由便捷的电极制备方法所合成的稳定工作电极为全解水制氢技术的推广提供了更广阔的前景,也为同领域电催化全解水方向打开了新的大门。 相关工作以“Reversible ternary nickel‐cobalt‐iron catalysts for intermittent water electrolysis”为题发表在EcoMat (DOI: 10.1002/eom2.12012)上。