ACS nano:南开大学袁忠勇:利用电位重合区:先进的自激活/推进式联氨辅助碱性海水电解及锌联氨电池

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来源:红催化

-------背景摘要-----

肼辅助水电解是一种很有前途的高效制氢的能源转换技术。由于氢气进化反应(HER)和肼的电氧化之间存在潜在的重合区域,肼的氧化反应(HzOR)在策略组合、装置构建和应用扩展方面表现出特定的优势。Wang等人报告了一种由多孔镍泡沫支撑的界面异质Ni2P/Co2P微球(记为NiCoP/NF)组成的双功能电催化剂,它充分利用了这一潜在的重合区域。由于三维微球结构和Ni2P与Co2P之间强大的界面耦合效应,NiCoP/NF表现出优异的双功能电催化性能,在10 mA cm-2时,HER和HzOR所需的超低过电势分别为70和230 mV。当使用NiCoP/NF作为两个电极时,与其他化学底物的电氧化相比,HzOR辅助的水电解表现出相当低的电位。此外,0.1V的电位重合区使得自激活/推进的肼辅助碱性海水电解、含肼废水处理和锌-肼(Zn-Hz)电池的应用变得现实。这项工作中提供的电位重合区概念对水电解和其他相关应用具有重要意义。

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图1 图像摘要 


图2 (a)用HzOR代替OER的说明和电位重合区域的存在。(b)常规海水电解、肼辅助海水电解、锌-肼电池、含肼废水处理示意图。

图3 性能测试:NiCoP/NF在HER和HzOR极化曲线之间存在约0.1 V的电位重合区,这个电位重合区表明HER和HzOR都可以自发地发生在NiCoP/NF的活性位点上,构成一个自激活/推进的水电解系统。

图4 Zn-Hz电池测试:Zn-Hz电池是一种肼辅助能量转换单元,在放电过程中通过HER产生氢,在充电过程中通过肼的电氧化产生氮。

--------结论展望--------

为了充分利用联氨氧化的热力学优势与可能的电位重合区,Wang等人制造了一种NF支持的界面异质Ni2P/Co2P微球双功能HER/HzOR电催化剂。NiCoP/NF中的三维微球结构和丰富的镍/磷化钴异质面使得HER和HzOR性能优异,在70和230 mV的超低过电位下,HER和HzOR的电流密度达到10 mA cm-2。当在双电极水电解中使用时,电位重合区的存在使得自激活/推动的肼辅助碱性海水电解装置不受氯相关反应的干扰,这表明在废水处理中可能的应用。此外,事实证明NiCoP/NF在其他肼辅助的能量转换装置中也能有效工作,如Zn-Hz电池。这项工作强调了结合战略、构建装置和扩大HzOR应用的具体优势,希望能用于可持续的能源转换和储存。

原文链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c03095

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