GIST研究人员改进水分解反应以生产绿色氢气
由可再生能源产生的绿色氢(或H 2 )是脱碳未来的燃料。借助电化学电池将水电解或分解成氧气和氢气是生产绿色H 2的最流行的方法之一。反应简单，保证产品高品质，且碳排放为零。然而，尽管电化学水分解有其优点，但尚未在商业规模上获得重视。这是因为电化学过程中原位产生的活性(氧)氢氧化物催化剂的电导率较低。这反过来又导致催化活性受到限制，阻碍了电池中的氢和氧析出反应。
(羟基)氢氧化物电性能差的问题一直是实现高效水分解的长期挑战。现在，光州科学技术学院化学系的 Junhyeok Seo 副教授领导的研究小组找到了解决这一问题的肖特基结的方法。
在一项于 2023 年 8 月 30 日在线发布、将于2024 年 1 月发表在《应用催化 B：环境》杂志第 340 卷上的最新研究中，他们展示了一种在金属镍-氮化钨 (Ni- W 5 N 4)和半导体n型氢氧化镍铁(NiFeOOH)催化剂。该电极能够克服(羟基)氢氧化物的电导极限，并提高了装置的水分解能力。
值得注意的是，两种材料，即金属和半导体，电子行为截然不同，相互接触，在界面处产生能量差，形成结。“我们的研究利用肖特基结中存在的势能垒来加速电极中的电子流，从而显着增加析氧反应活性，加速整体水分解，”Seo 博士解释说，强调了他们的新产品背后的核心机制。设计的电极。
在进行电催化水分解时，研究小组观察到Ni-W 5 N 4合金催化析氢反应，在11 mV的小过电势下产生10 mA/cm 2 的电流密度。此外，在Ni-W 5 N 4 |NiFeOOH界面处形成的整流肖特基结消除了由(氧)氢氧化物物质产生的非导电层压。在正向偏压下，其在181 mV过电势下表现出11 mA/cm 2的电流密度。电极的电化学分析表明，催化活性的提高确实可以归因于肖特基结。
最后，研究人员使用肖特基结电极设计了一种用于工业海水电解的电解槽。他们发现新装置可以连续运行10天，同时在电解过程中还表现出出色的催化活性和耐用性。它在仅 230 mV 的过电势下 表现出 100 mA/cm 2的显着电流密度。
总体而言，研究人员认为，这些发现有助于制定可持续的制氢战略，最终取代仍然依赖化石燃料的传统方法。Seo 博士总结道：“淡水和海水是丰富且可再生的质子来源。高效的水分解系统确保我们能够可持续生产零碳氢燃料，从而帮助解决当前的气候问题。”
让我们希望用于水分解的Ni-W 5 N 4 |NiFeOOH电极的成功演示为基于肖特基结的耐用和高性能能量存储和转换系统开辟新途径!
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