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    从海水中电解生产氢气,来自新加坡

  • 来源: 时间:2018-4-2 07:09

通过电解可以从水中收集氢气,氢气可能是未来的可再生能源的燃料。但对于像新加坡这样的小岛国家来说,淡水是一种宝贵的资源。所以电解研究人员已经把注意力转向了大海。他们现在开发出一种催化剂,可以以破纪录的效率电解海水,最终产生可供给燃料电池的氧气和氢气。


该系统采用太阳能发电,从阳光中产生氢气,整体效率为17.9%。 “据我们所知,这是海水的最高效率,”南洋理工大学的刘斌说,他是该研究小组的一员。

海洋含有大量的氢原子,但通过电解释放它们是一个巨大的挑战。在电解槽中,用于分解海水的电流通常会将氯离子转化为不需要的氯气,而其他离子如钙和镁会形成不溶性沉淀物,从而阻塞电极上的催化剂。电解反应也会导致腐蚀电极。


六氰合铁酸钴催化剂有助于在太阳能海水电解槽的阳极产生氧气气泡。同时,阴极处的镍硫化钼催化剂产生氢气。

研究小组先前开发了一种镍硫化钼催化剂,该催化剂降低了从海水中在阴极产生氢气所需的电压。他们的新催化剂依在阳极氧化海水,产生氧气,质子和电子。


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为了制造阳极,研究人员在碳纤维布上生长了碱式碳酸钴的纳米针。然后他们将布蘸在2-甲基咪唑中,在针的外侧形成钴 - 咪唑金属有机骨架(MOF)的薄层。添加亚铁氰化钠将该层转化为六氰合铁酸钴,其继承MOF的多孔纳米结构并在导电纳米针周围形成20nm厚的催化壳。


使用商用太阳能电池供电,该团队使用当地海水测试系统,只添加磷酸盐缓冲液以保持中性pH值。连续运行100小时后,电解槽制成氢气和氧气,但完全没有氯气。而且,它的电极和催化剂完好无损,产量仅下降了10%。相比之下,使用传统的铂和氧化铱催化剂来分解当地海水的电解槽失活速度更快,并且还产生了一些氯气。


“它对氧气的产生有选择性,而不是氯的产生,这一点非常重要,”都柏林三一学院的电催化研究员Michael E. Lyons说。 “这是一件非常棘手的事情。”

柏林技术大学的Peter Strasser从事过海水电解,他指出该系统的电流密度非常低。为了制造一定量的氢气,系统需要更高的电流密度,这可能会触发氯气放出或其他不需要的副反应。 


在较高电流密度下的初步测试并没有产生任何氯。但他承认该系统的性能可以改善。例如,使用淡水,太阳能电解槽已达到超过30%的太阳能 - 氢气效率。刘的团队正在与大连化学物理研究所的研究人员合作,将他们的系统发展成一个用于生产氢气的原型设备。

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