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周海青教授在国际权威能源期刊《EES》连续发表清洁能源转换研究成果

2018-07-13 15:08   来源:金沙澳门手机版网址学院资讯网   编辑:物理与电子科学学院   点击:

(供稿 物理与电子科学学院)近日,国际权威能源期刊《Energy &Environmental Science》在线连续发表了金沙澳门手机版网址物理与电子科学学院、低维量子结构与调控教育部重点实验室周海青教授与美国休斯敦大学任志锋教授等人合作的两篇学术论文《Watersplitting by electrolysis at high current densities under 1.6 volts》和《HierarchicalCoP/Ni5P4/CoP microsheet arrays as a robust pH-universalelectrocatalyst for efficient hydrogen generation》。

近年来,化石燃料(煤、石油)的过度使用导致全球环境污染和气候变化等问题日益加剧,寻找新的清洁可再生能源的呼声越来越高。氢能被视为21世纪非常有发展潜力的二次清洁能源。水资源地球储量丰富,通过水分解制取的氢燃料总能量相当于地球化石燃料热量的9000倍。因此,利用水分解制氢是目前备受关注的一种制氢方式。然而,受限于制备成本和经济效益,工业上只有不到5%的氢气由此而来,最主要的原因之一是工业上使用的碱性电解槽制氢装置需要消耗大量的电能,无法高效地进行产氢(1.8伏只传递200mA/cm2)。

研究成果从商业化角度出发,报道了性能优异的电解水析氢或析氧催化剂,率先实现催化剂在高电流密度下进行电解水制氢的持久耐用功能。在第一篇论文中,编辑巧妙地采用基于室温机械搅拌的简单制备工艺以及高电位阳极氧化手段,成功构建出性能优异且高电流密度持久稳定的电解水析氧催化剂,大大降低了析氧过电位,解决了全分解水反应的主要障碍。将它与另一种电解水析氢催化剂一起组装成两电极碱性电解槽,率先将全分解水反应电流密度500和1000mA/cm2的水分解电压分别降到1.586和1.657伏,大幅度提高了水分解制氢的效率,优于上面提到的工业碱性电解槽以及已报道的大部分电解槽的性能,并且该电解槽可以在高电流密度500、1000和1500mA/cm2下长时间持续产氢40小时以上。文章发表后,国内外国媒体体诸如GreenCar Congress、能源学人等都报道了这个工作,并且编辑部已选取该论文作为当期封面。

当前,全球水资源种类繁多,诸如日常生活用水、中水(再生水)、河水、海水或者无机废水等,都可以用作制氢的原材料,然而这些水资源pH值不同。为了更好地利用这些水资源,研发出在不同酸碱度溶液中都具有高催化性能,且在高电流密度下长时间稳定的pH广适催化剂具有重要的研究意义。贵金属铂催化剂具有pH广适特性,但其地球储量少、价格昂贵,寻找可替代贵金属铂的低价pH广适催化剂具有重要的研究意义。在另一篇文章中,周海青教授等通过构筑新颖的高孔隙率、类三明治异质结构催化剂材料,其中Ni5P4纳米片阵列充当夹芯层,介孔CoP纳米颗粒充当面层,将酸性环境下析氢反应10mA/cm2的过电位降到几乎与铂相当的33毫伏,显著提高了氢转换效率值(135毫伏达到4s-1。同时,该催化剂在碱性环境中也表现出优异的析氢性能(10mA/cm2的析氢过电位为71毫伏),并且率先实现了电解水析氢反应在高电流密度下持久运行。

周海青教授是这两篇论文的共同第一编辑,金沙澳门手机版网址是第二合作单位。周海青是金沙澳门手机版网址物理与电子科学学院2007届本科毕业生。本科毕业后,免试保送到中国科学院国家纳米科学中心攻读博士学位。2012年7月份开始分别在新加坡南洋理工大学、美国莱斯大学著名碳材料专家JamesM. Tour教授和休斯敦大学终身教授任志锋老师课题组做博士后研究五年多。2018年以“潇湘学者”特聘教授的身份加入金沙澳门手机版网址物理与电子科学学院,从事教学与科研工作。

编辑:李瀚 张永涛

审核:蔡颂

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