SCMs|异质工程和阳离子掺杂双重策略促进肼辅助海水电解节能制氢

与电解纯水制氢相比，海水电解制氢具有更大的实际应用价值。在碱性海水中，可以通过在热力学上有利的肼氧化反应(HzOR)代替析氧反应(OER)和析氯反应(ClER)来实现节能制氢。近日，青岛科技大学王磊教授等人在SCIENCE CHINA Materials发表研究论文，制备了Co掺杂的Fe-Ni₂P/MIL-FeCoNi异质结构阵列(FeCo-Ni₂P@MIL-FeCoNi)。

得益于异质工程和阳离子掺杂的协同作用，FeCo-Ni₂P@MIL-FeCoNi在碱性海水电解液中表现出优异的HzOR和析氢反应(HER)双功能电催化性能。在海水系统中的整体肼分解(OHzS)仅需要400 mV的超低电压就能达到1000 mA cm⁻²的电流密度，且可以在500 mA cm⁻²以上的电流密度稳定运行1000 h。

图1 FeCo-Ni₂P@MIL-FeCoNi的肼氧化反应示意图和性能。

作为概念验证，同样生产1.0 L的氢气，OHzS海水系统比无N₂H₄的整体海水分解系统(OWS)节省3.03 kW h的电力，可实现节能制氢。

DFT计算表明，Co离子掺杂和构建FeCo-Ni₂P/MIL-FeCo-Ni异质界面的协同作用可以降低FeCo-Ni₂P@MIL-FeCoNi的水解离能垒，促进HER吸附氢和HzOR脱氢过程的热力学行为。

这项工作为有效利用海洋能源领域中无限丰度的氢助力实现碳中和提供了一种实用途径。

文章信息

Qingping Yu, Jingqi Chi, Guishan Liu, et al. Dual-strategy of hetero-engineering and cation doping to boost energy-saving hydrogen production via hydrazine-assisted seawater electrolysis. SCIENCE CHINA Materials, https://doi.org/10.1007/s40843-021-1928-7

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