国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

北化工最新Angew!飽和鹽水中水氧化,電流密度達(dá)2 A/cm2!

北化工最新Angew!飽和鹽水中水氧化,電流密度達(dá)2 A/cm2!

成果簡(jiǎn)介
在高電流密度和低過電位條件下直接進(jìn)行海水電解是生產(chǎn)清潔和可再生氫燃料的有效策略。然而,在連續(xù)注入海水的情況下,Cl飽和會(huì)導(dǎo)致陽極被嚴(yán)重腐蝕,這嚴(yán)重阻礙了電解過程?;诖?,北京化工大學(xué)孫曉明教授(通訊作者)課題組合成了具有帽/針狀結(jié)構(gòu)的鐵氰化鈷/磷化鈷(CoFePBA/Co2P)陽極,它能在200-2000 mA·cm-2條件下穩(wěn)定催化堿性飽和鹽水氧化反應(yīng)數(shù)百小時(shí)而不發(fā)生腐蝕。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分子動(dòng)力學(xué)模擬顯示,電極產(chǎn)生的 PO43-?和 Fe(CN)63-?通過靜電排斥和致密覆蓋在排斥 Cl?方面發(fā)揮了協(xié)同作用,使 Cl–?吸附量減少了近 5 倍。這種新型陰離子協(xié)同作用為電極提供了卓越的腐蝕保護(hù),有望促進(jìn)鹽水電解的實(shí)際應(yīng)用。
研究背景
鹽水占世界水資源的近 96.5%,是電解制氫的理想原料,可避免淡水資源的匱乏。然而,在鹽水電解過程中,Cl離子(通常為 0.5 M)可能會(huì)被吸附和氧化,導(dǎo)致電極表面腐蝕,并產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的 Cl2/ClO。鑒于氧氣生成反應(yīng)(OER)的選擇性和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)不斷加快,在海水中引入堿性(1M KOH 或 1M NaOH)會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,因?yàn)樵?pH 值大于 7 時(shí),OER 的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位比氯氧化反應(yīng)(ClOR)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位低 480 mV。然而,持續(xù)向電解槽中注入海水往往會(huì)使 Cl([Cl])的濃度增加至飽和濃度(約 5.3 M),從而導(dǎo)致更嚴(yán)重的腐蝕。為了緩解這一問題,相關(guān)研究證明將電解液中的堿性物質(zhì)從 KOH 替換為 6 M NaOH,其中的共離子效應(yīng)顯著降低了 NaCl 的溶解度,從而使凈[Cl]達(dá)到 2.8 M。
迄今為止,人們已經(jīng)做出了巨大努力來解決觀察到的瓶頸問題,即鹽水電解過程中電極穩(wěn)定性差的問題。最近的開創(chuàng)性工作表明,利用 CuMo6S8/Cu 和 Pt/NiMo 電極可在安培級(jí)電流密度下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的析氫反應(yīng)。然而,在海水電解過程中,陽極的氧生成反應(yīng)受限于 200-600 mA·cm-2?的電流密度,這是由于在陽極上吸附Cl而引起的腐蝕導(dǎo)致。眾所周知,氮化物、磷化物、硫化物和硒化物等多種電極會(huì)發(fā)生原位表面轉(zhuǎn)化,在氧化時(shí)生成帶負(fù)電荷的陰離子層,從而排斥 Cl,保護(hù)陽極免受腐蝕。例如, NiFe LDH/NiSx/Ni 泡沫電極和 NiMoN@NiFeN 電極可在 1.5 M NaCl 電解液中以 0.6 A·cm-2?的電流密度穩(wěn)定工作。遺憾的是,持續(xù)注入海水會(huì)導(dǎo)致 NaCl 飽和,并加強(qiáng)高電流密度下的 Cl?腐蝕,這可能會(huì)阻礙海水電解的進(jìn)一步發(fā)展。這就需要開發(fā)一種新的策略,在鹽水電解過程中保護(hù)陽極免受腐蝕。
圖文導(dǎo)讀
北化工最新Angew!飽和鹽水中水氧化,電流密度達(dá)2 A/cm2!
圖1.?CoFePBA/Co2P 電極的合成和表征。(a) CoFePBA/Co2P 電極的合成路線示意圖。(b) Co2P 和 CoFePBA/Co2P 的 XRD 圖。(c) Co2P和CoFePBA/Co2P 的拉曼光譜圖。(d) CoFePBA/Co2P 的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。插圖為 TEM 圖像。(e) CoFePBA/Co2P 中 Fe(CN)63-/CN和 PO43-/PO3的 TOF-SIMS 圖譜,以及 CoFePBA/Co2P 中 Co、Fe 和 P 的 EDX 元素圖(比例尺:20 μm)。
CoFePBA/Co2P 帽/針狀電極(泡沫鎳基底上的帽狀 K2CoFe(CN)6?和針狀 Co2P 復(fù)合材料)是通過三步法合成的:在導(dǎo)電泡沫鎳上水熱生長 Co(OH)2?納米針,然后用 NaH2PO2?磷化,得到 Co2P 納米針。最后,在 K3Fe(CN)6?溶液中對(duì)合成的 Co2P 納米針進(jìn)行二次水熱處理,得到 CoFePBA/Co2P 帽/針狀復(fù)合材料。
北化工最新Angew!飽和鹽水中水氧化,電流密度達(dá)2 A/cm2!
圖2.?鹽水電氧化性能。(a) 在 1 M NaOH + 0.5 M NaCl 中的極化曲線。(c) 在含有 20 wt.% NaOH + 飽和 NaCl 的電解液中 200 mA·cm-2?時(shí)的 CP 響應(yīng)。(d) 在含有 20 wt.% NaOH + 飽和 NaCl 和 20 wt.% NaOH + 實(shí)際海水的電解液中 1 A·cm-2?時(shí)的 CP 響應(yīng)。(e) 在含有 20 wt.% NaOH + 飽和 NaCl 的電解液中,2 A·cm-2?時(shí)的 CP 響應(yīng)。
在標(biāo)準(zhǔn)三電極配置的電化學(xué)電池中,利用常規(guī)堿性海水電解質(zhì)(1 M NaOH + 0.5 M NaCl)和堿性飽和鹽水電解質(zhì)(20 wt.% NaOH + 飽和 NaCl)測(cè)量了合成的 CoFePBA/Co2P電極的 OER 性能。
北化工最新Angew!飽和鹽水中水氧化,電流密度達(dá)2 A/cm2!
圖3. 離子協(xié)同作用的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。(a) CoFePBA/Co2P 在 20 wt.% NaOH + 飽和 NaCl 溶液中不同電位下的原位拉曼光譜圖。(b) CoFePBA/Co2P中N 1s和P 2p在20wt .% NaOH +飽和NaCl中時(shí)間電位測(cè)定前后的高分辨率XPS光譜圖。(c) CoFePBA/Co2P 在 20 wt% NaOH + 飽和 NaCl 中活化后 CoFePBA/Co2P 電極表面的 PO3– 和 CN?片段的 TOF-SIMS 圖譜。初始測(cè)試在 1 M NaOH 溶液中進(jìn)行 600 秒,600 秒后加入 0.5 mM EDTA-2Na。(e) Co2P 樣品在 20 wt.% NaOH + 飽和 NaCl 電解液中(添加和未添加 80 ppm (0.24 mM) K3Fe(CN)6)200 mA· cm-2?的計(jì)時(shí)電位曲線。(f) (+)CoS||鉑箔(-)和(+)CoSe||鉑箔(-)在 20 wt.% NaOH + 飽和 NaCl 溶液(含或不含 80 ppm (0.24 mM) K3Fe(CN)6)中 200 mA· cm-2?的計(jì)時(shí)電位曲線。
帶負(fù)電荷的陰離子層可以排斥 Cl,從而保護(hù)電極免受腐蝕。有資料表明,這種排斥力的強(qiáng)弱主要與靜電排斥力和電極表面覆蓋率有關(guān)。Co2P(由較小半徑的 PO43-?保護(hù))和 CoFePBA(由較大半徑的 Fe(CN)63-?保護(hù))都無法提供一個(gè)堅(jiān)固的催化劑表面,以促進(jìn)飽和鹽水中的 OER 催化。然而,當(dāng)使用 CoFePBA/Co2P 蓋/針電極時(shí),會(huì)產(chǎn)生PO43-/ Fe(CN)63-合并層。PO43的半徑較小,具有強(qiáng)大的靜電排斥力。然而,F(xiàn)e(CN)63-的尺寸較大,可以彌補(bǔ)PO43-覆蓋率低的缺點(diǎn)。因此,CoFePBA/Co2P電極可在飽和鹽水中長期工作而不會(huì)腐蝕。
北化工最新Angew!飽和鹽水中水氧化,電流密度達(dá)2 A/cm2!
圖4.?離子協(xié)同作用的理論驗(yàn)證。(a) 離子協(xié)同作用示意圖。(b) 累積 Cl?濃度隨垂直于不同樣品的位置(距離)變化曲線。(c) Cl濃度隨垂直于不同樣品的位置(距離)變化曲線。(d) Cl?和 OH–?的累積濃度比較。(e) 不同電極在 6 mM NaOH + 2.8 mM NaCl 溶液中吸附 Cl?的量,該量由離子色譜法測(cè)定。
為了深入探討重構(gòu) CoFePBA/Co2P 電極所產(chǎn)生的 PO43-?和 Fe(CN)63-?的協(xié)同效應(yīng),作者進(jìn)行了經(jīng)典的分子動(dòng)力學(xué)模擬。利用 CoHO2?表面建立了重構(gòu) Co(OH)2、Co2P、CoFePBA 和 CoFePBA/Co2P 的模型。
總結(jié)展望
綜上所述,作者合成了具有帽/針狀結(jié)構(gòu)的 CoFePBA/Co2P 陽極用于工業(yè)規(guī)模的高效鹽水電解。優(yōu)化后的電極經(jīng)過重構(gòu),在 OER 過程中生成了 PO43-?和 Fe(CN)63-。有趣的是,PO43-?和 Fe(CN)63-分別通過靜電排斥和致密覆蓋發(fā)揮了排斥 Cl–?的協(xié)同作用,為電極提供了腐蝕保護(hù)。
因此,CoFePBA/Co2P 電極能夠在 200-2000 mA/cm2?的條件下氧化堿性飽和鹽水以產(chǎn)生氧氣,并持續(xù)數(shù)百小時(shí)而不發(fā)生腐蝕。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,理論分析表明,與 Co(OH)2?電極相比,CoFePBA/Co2P 電極吸附的 Cl?量減少了近 5.5 倍。這項(xiàng)工作為穩(wěn)固陽極的設(shè)計(jì)提供了一種新策略,有望促進(jìn)鹽水電解的實(shí)際應(yīng)用。
文獻(xiàn)信息
Liu, Wei,?Yu, Jiage,?Sendeku, Marshet Getaye,?Li, Tianshui,?Gao, Wenqin,?Yang, Guotao,?Kuang, Yun,?Sun, Xiaoming,?Ferricyanide Armed Anodes Enable Stable Water Oxidation in Saturated Saline Water at 2 A/cm2.?Angew. Chem. Int. Ed.?2023, e202309882.
https://doi.org/10.1002/anie.202309882

原創(chuàng)文章,作者:菜菜歐尼醬,如若轉(zhuǎn)載,請(qǐng)注明來源華算科技,注明出處:http://www.xiubac.cn/index.php/2023/12/22/ec875d2910/

(0)

相關(guān)推薦

南通市| 新郑市| 南雄市| 临洮县| 岳西县| 丹江口市| 沿河| 楚雄市| 平江县| 乌恰县| 巴中市| 河东区| 洛阳市| 青河县| 莒南县| 东乡| 通州市| 佛冈县| 鲁甸县| 靖西县| 新宁县| 京山县| 宿州市| 社会| 广宁县| 怀宁县| 龙陵县| 泰宁县| 昌江| 蒙阴县| 青海省| 黑水县| 永济市| 新丰县| 四会市| 孟州市| 鄄城县| 南汇区| 视频| 日土县| 庐江县|