2023年12月02日 星期六
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Cr-Ir氧化物催化剂实现PEM电解槽中高电流密度酸性析氧

2023/7/14 13:50:2514761

水电解绿色制氢是实现全球碳中和使命的关键。用于析氢和析氧反应(oxygen evolution reaction, OER)的电催化剂能够在高电流密度下良好工作,是实现高效绿色水电解槽制氢的前提。然而,由于OER电催化剂具有很强的阳极极化效应和强烈的酸性腐蚀,开发高活性、耐用的OER电催化剂仍然是一个难题。要解决这一问题,关键是开发一种活性强和耐用的电极,以提高催化活性和抗腐蚀能力。

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CrO20.16IrO2电催化剂的合成及结构表征

在这里,清华大学刘碧录、余强敏、中国科学院Chai Guoliang等人报道了一种新型的铬铱氧化物电催化剂。该催化剂具有高活性IrO2与耐腐蚀的CrO2之间的强耦合作用,可以优化OER的中间吸附能,增强Ir-O键,从而使其具有较高的活性和耐久性。因此,该催化剂在低电池电压下能提供超高电流密度,并且在质子交换膜电解槽中具有良好的稳定性。该电解槽的制氢成本低于美国能源部2026年的目标。这项工作不仅为生产高效稳定的电催化剂提供了一种新的策略,而且使其在工业电解槽中的实际应用成为可能。

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CrO20.16IrO2 电催化剂在25 ℃高电流密度下的酸性OER性能。

该电催化剂只需425 mV的超低过电位便可达到2 A cm-2的酸性析氧电流密度,并在1 A cm-2中稳定运行100小时后的降解率可忽略不计。在工业条件下,作者使用该催化剂的质子交换膜电解槽仅需1.63 V即可达到1 A cm-21.73 V即可实现2 A cm-2

氢气生产的相应电力成本计算为每公斤氢气0.87美元,其达到了美国能源部的要求(每公斤氢气2.0美元)。该工作不仅介绍了一种生产高效稳定电催化剂的新策略,而且表明了它们在工业电解槽中的潜在应用。