探索活性持久的催化剂利用外部可再生能源,为推进海水电解提供了显著的机会。
2025年3月31日,新加坡国立大学何锦韦、美国休斯顿大学任志锋在国际顶级期刊Nature Communications上发表了题为《Photothermal-promoted anion exchange membrane seawater electrolysis on a nickel-molybdenum-based catalyst》的研究论文,Libo Wu为论文第一作者,何锦韦、任志锋为论文共同通讯作者。
Ghim Wei HO(何锦韦),新加坡国立大学(NUS)设计与工程学院副院长,电气与计算机工程系、材料科学与工程系双聘教授,英国皇家化学学会会士(FRSC)。于剑桥大学取得博士学位,曾担任剑桥大学Selwyn学院学者,自2006年起担任剑桥联邦学会研究员。
长期致力于纳米能源系统的基础和应用研究,如光催化、光热海水淡化、太阳能机电一体化、绿色能源与柔性传感器件等。截止目前在Nature、Nature Communications、Science Advances、Joule、Advanced Materials、Energy & Environmental Science、Materials Today等国际一流期刊发表论文200多篇。
任志锋,美国休斯顿大学物理系M.D. Anderson讲席教授,德克萨斯州超导研究中心主任。1987年硕士毕业于华中科技大学材料科学与工程专业,1990年于中国科学院获得博士学位,1990年在美国纽约大学开展博士后研究工作,1992年在纽约州立大学石溪分校化学系工作。1999年开始在波士顿学院(BOSTON COLLEGE)物理系工作,当选IEEE Fellow、APS Fellow、AAAS Fellow。
主要从事热电材料、高热导率材料、电解水、原油回收、超导、储能材料、太阳能转换、柔性电子学、纳米生物材料等方面的研究,在Science, Nature, Nat. Mater., Nat. Energy, Nat. Nanotech., Nat. Methods, Nat. Commun., Sci. Adv., Proc. Natl. Acad. Sci., Phys. Rev. Lett., J. Am. Chem. Sci., Energy Environ. Sci, Adv. Mater.等顶级国际期刊上发表学术论文380余篇,论文总引用次数达七万余次,H因子超过120。
在本文中,作者开发了一种基于NiMo的多功能催化剂(NiMo-H2),其由双金属Ni0.91Mo0.09纳米粒子负载在MoO2纳米棒上组成,用于碱性海水析氢反应(HER)。
合金效应和纳米棒-纳米粒子结构赋予了该催化剂高结构稳定性、快速电子转移和大表面积。原位生成的合金化纳米粒子具有显著的光吸收和光热转换能力,而垂直生长的纳米棒抑制了漫反射,实现了高效的局部光加热。
因此,光照射增强了催化剂的活性,并且在碱性海水中以500 mA cm-2的电流密度稳定工作。进一步将NiMo-H2与NiFe层状双氢氧化物(LDH)组装成光热阴离子交换膜电解槽,仅需约1.6 V的电压即可驱动0.45 A的电流,在整体碱性海水电解中展现出强大耐久性。
这种光热促进的海水电解系统展示了海水中显著的产氢潜力。
综上,作者开发了一种基于镍钼(NiMo)的多功能催化剂(NiMo-H2),该催化剂由负载在MoO2纳米棒上的双金属Ni0.91Mo0.09纳米颗粒组成,用于碱性海水电解中的析氢反应(HER)。
通过实验和密度泛函理论(DFT)计算揭示了光热效应在提升催化性能中的关键作用,为设计高性能海水电解系统提供了新的思路。
NiMo-H2催化剂及其光热促进的电解槽设计在海水制氢领域展现出显著潜力,尤其适用于沿海或海上地区,能够利用丰富的太阳能资源实现零碳排放的氢气生产。
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