登录
 机构网站
  1. 首页
  2. 情报产品
  3. 快讯详情

《韩国国民大学报道利用亲氧性铈与活性氧化镍复合电催化剂稳定晶格氧演化以实现高效阴离子交换膜水电解槽》

  • 来源专题：关键原材料知识服务平台
  • 编译者： 费鹏飞
  • 发布时间：2025-05-23

  • 5月5日，韩国国民大学在《Small》上发表题为“Stabilizing lattice oxygen evolution with oxophilic ce and active Ni oxide composite electrocatalysts for efficient anion exchange membrane water electrolyzers”的论文，报道利用亲氧性铈与活性氧化镍复合电催化剂稳定晶格氧演化以实现高效阴离子交换膜水电解槽。

    在过渡金属氧化物（TMO）基析氧反应（OER）电催化剂中，晶格氧介导机制（LOM）相较于传统吸附质演化机制（AEM）展现出更高效率。LOM的激活高度依赖于高氧化态过渡金属（TM）与氧的强共价性。

    研究人员通过铈（Ce）的高电子亲和力与强亲氧性，采用一步电沉积法调控NiO的TM-O键合状态，构建CeO2/NiO异质结构。该结构通过增强高氧化态Ni与晶格氧的共价性，促进电子从NiO向CeO2转移，实现从AEM到LOM的机制转变。CeO2/NiO异质结构在10 mA·cm-2电流密度下表现出160 mV的低过电位与32.68 mV·dec-1的塔菲尔斜率。在阴离子交换膜水电解槽中，该催化剂于1 A·cm-2高电流密度下实现1.84 V的低槽电压，且连续运行100小时后电压仅升高1.19%。这些结果揭示了亲氧性Ce及CeO2对稳定Ni氧化态的关键作用，从而确保优异的LOM驱动OER性能。

  • 原文来源：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202501449
14浏览量
原文链接
相关报告

  • 《华东理工大学阴离子交换膜电解水制氢催化剂研究新进展》
    • 来源专题：能源情报网监测服务平台
    • 编译者：郭楷模
    • 发布时间：2024-10-24
    • 近日，华东理工大学材料科学与工程学院清洁能源材料与器件团队在阴离子交换膜电解水制氢催化剂领域取得重要进展，相关成果以“Oxygen Plasma Triggered Co-O-Fe Motif in PrussianBlue Analogue for Efficient and Robust Alkaline Water Oxidation”为题，在线发表于国际权威期刊Angewandte Chemie International Edition。 利用可再生能源驱动电解水制氢被认为是实现“碳中和”目标的重要手段之一。在众多电解水技术中，阴离子交换膜电解水（AEMWE）制氢技术在氢气纯度、电解效率、制氢速率、冷启动时间等方面具有优势，同时可以摆脱催化电极及槽体对贵金属的依赖。目前，3d过渡金属基电催化剂在碱性电解质中表现出优异的催化性能。然而，在工业级电流密度条件下，这类催化剂的长期稳定性仍然是领域内的重要挑战。 针对上述问题，华东理工大学研究团队创新性地采用高功率氧等离子体处理技术，精确调控了CoFe双金属普鲁士蓝类似物（PBA）析氧催化剂的局域原子近程结构：在保留PBA晶体结构框架的同时，通过破坏局域氰基配体并引入氧原子，成功构建了Co-O-Fe的结构基元，进而将析氧反应路径从传统的吸附物演化反应机制（AEM）调节为动力学更优的晶格氧氧化反应机制（LOM）。 研究团队进一步利用同步辐射及原位谱学表征技术证明了局域Fe与Co位点之间的协同作用机制，即电子由Co-O-Fe结构基元向Fe位点转移，进而促进了高价态Co活性中心形成，同时有效避免Fe位点过度氧化而溶解失活。氧等离子体处理后的PBA催化剂在工业级电流密度下表现出优异的析氧反应活性和长期运行稳定性，在电流密度为1 A cm-2时，仅需276 mV的过电位；用该催化剂为阳极材料组装的AEMWE制氢系统仅需1.76 V便可达到1.0 A cm-2的制氢电流密度，并能持续运行超250 h而无明显衰减。这项工作克服了传统非贵金属催化剂在工业级电流密度下稳定性差的难题，为平衡催化剂活性和稳定性的材料结构设计提供了新的思路。
    224浏览量
    原文链接

  • 《单相钙钛矿氧化物中原子级协同活性位点实现超快电催化析氢 》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2020-11-26
    • 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。电催化分解水是一种高效、环境友好型的制氢技术，越来越受到人们的重视。电催化析氢（Hydrogen Evolution Reaction, HER）反应是电解水制氢的关键步骤，因此开发高效的电催化剂来降低HER反应电位，从而减少能量损耗，一直是电催化领域的研究热点。鉴于碱性条件下温和的反应条件，所以工业上常在碱性环境下电解水制氢。由于额外水解离过程能垒的存在，相较于在酸性介质中，碱性HER过程的动力学要更缓慢，这使其更具挑战性。例如，由于不利的水解离动力学，在酸性环境中贵金属Pt的活性比在碱性环境中要低2-3个数量级。为了解决这个问题，研究者们通过将贵金属Pt与水解离能力高的金属（氢）氧化物偶联，成功设计了许多具有协同催化作用的复合物，但是该策略仍然受限于成本高昂和制造工艺（例如，电沉积，湿化学路线）复杂等缺点。此外，在这些复合物系统中，活性位点的随机分布会使得反应路径变长，从而引起不利的物质扩散和反应阻力。目前，除了水解离和H吸附过程，只有少许研究探索OH - 离子脱附在碱性HER电催化中的作用。实际上，OH - 在催化剂上的强吸附会阻碍水的离解过程并会毒化随后的H结合位点，不利于HER的进行。因此，高性能的碱性HER催化剂也应当具备不强的OH – 的吸附能力，以便暴露出更多的活性位点，使得整个反应快速进行。基于上述分析，开发一种具有较短的反应路径并且可以有效协同催化H 2 O解离，OH - 脱附和H吸附过程的单相催化剂来催化碱性HER是迫切需要且极具有吸引力的。在过去的一段时间，过渡金属氧化物（TMOs）作为一类高性能的碱性析氧电催化剂引起了研究者们的极大兴趣。另外，也有文献将TMOs用作水解离促进剂与高活性酸性HER催化剂复合以增强碱性HER性能。但是由于其不合适的H吸附能以及较差的本质导电性等缺点，纯TMOs催化剂的碱性HER活性往往不高。而在所有TMOs中，可以包含多种金属离子的钙钛矿氧化物由于其结构和组成的灵活性已经被广泛应用于各种催化反应中。钙钛矿氧化物的多离子（包括金属离子和氧离子）属性和结构可调性能够赋予其独特的电子和导电特性，进而调节反应中间体的结合能和电子传输行为，最终改善其催化活性。因此，在单相钙钛矿氧化物体系中，针对碱性HER电催化过程的各个步骤，设计具有多个催化位点协同催化的催化剂体系是有可行的。但是，这仍然是个极具挑战性的课题，以及这样的体系到如今还没有实现。 在 南京工业 大学邵宗平教授 和 澳大利亚莫纳什大学朱印龙博士（共同通讯作者） 团队等人带领下，与 澳大利亚国立大学、德国马克斯·普朗克固体化学物理研究所 和 台湾同步辐射研究中心 合作，发现了一种具有不寻常超交换效应的单相钙钛矿氧化物SrTi 0.7 Ru 0.3 O 3- δ   (STRO)，它通过原子尺度的协同活性中心在碱性介质中表现出优异的HER催化性能。根据第一性原理计算，发现了STRO钙钛矿中多个原子级活性位点之间的内在协同作用，可以精准地催化HER在碱性介质中的不同基本步骤：即Ti位点可以几乎无动力学障碍地进行水解离，Ru位点有利于OH - 脱附，以及非金属氧位点(包括氧空穴/晶格氧)促进H中间体的最佳吸附和H 2 析出。该成果以题为 “Single-phase perovskite oxide with super-exchange induced atomic-scale synergistic active centers enables ultrafast hydrogen evolution” 发表在了 Nat. Commun. 上。
    117浏览量
    原文链接