分會

第六十一分會：能源化學(xué)

摘要

隨著我國對海洋資源利用的深入開展，水下設(shè)備使用日益頻繁，對水下電源的要求也越來越高。鎂/海水電池直接以海水為電解質(zhì)，理論比能量高，海洋適用性好，是水下設(shè)備的理想電源。鎂/海水電池陰極發(fā)生水還原析氫反應(yīng)（HER），該反應(yīng)在中性海水中動力學(xué)相當(dāng)緩慢，嚴(yán)重制約鎂/海水電池性能。開發(fā)高性能電催化劑，降低陰極極化對提升電池放電性能至關(guān)重要。鉑基催化劑作為高效陰極析氫催化劑，其高成本和稀缺性極大地阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。因此，開發(fā)高活性和低成本的非貴金屬陰極來替代鉑基材料是鎂/海水電池商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵所在。 本報告著重介紹課題組近年來在高效、廉價非貴金屬基海水析氫催化劑及鎂/海水電池應(yīng)用方面的研究進(jìn)展。圍繞析氫反應(yīng)中活性位點(diǎn)、電子轉(zhuǎn)移和水解離等關(guān)鍵因素，設(shè)計制備了多孔CoP/Co2P異質(zhì)結(jié)、過渡金屬摻雜/晶格扭曲的1T/2H-MoSe2納米片、Ni/V2O3及MoNi/NiMoO4肖特基異質(zhì)結(jié)催化劑。其中，MoNi/NiMoO4肖特基異質(zhì)結(jié)在堿性和海水介質(zhì)中獲得10 mA cm-2電流密度時的過電位分別僅為29和256 mV，顯著優(yōu)于商業(yè)20%Pt/C。此外，使用MoNi/NiMoO4肖特基異質(zhì)結(jié)陰極制備的鎂/海水電池顯示出優(yōu)異的放電性能，峰值功率密度高達(dá)21.07 mW cm-2，為目前已報道鎂/海水電池性能最高值。卓越的電池性能歸因于肖特基異質(zhì)界面能夠促進(jìn)水的解離并加快電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)，更利于表面氫的生成。上述工作為設(shè)計高效低成本鎂/海水電池析氫陰極提供了范例和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞

非貴金屬催化劑;肖特基電極;海水制氫;鎂/海水電池

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