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高效的硫離子氧化反應(yīng)助力電解水節(jié)能制氫

2022-12-16 來源：科學(xué)材料站瀏覽數(shù)：709

目前，海水電解系統(tǒng)的主要瓶頸在于陽極緩速的析氧反應(yīng)，并且現(xiàn)有高效的析氧反應(yīng)電極通常需要極高的電壓才能達(dá)到高電流密度，在這種情況下，海水中大量的氯離子在堿性條件下會發(fā)生嚴(yán)重的氯氧化反應(yīng)，導(dǎo)致海水電解效率不佳并且釋放有毒的Cl2或ClO?離子腐蝕設(shè)備及污染環(huán)境。硫離子氧化反應(yīng)對于取代析氧反應(yīng)實現(xiàn)低能耗制氫以及凈化含硫污染物具有很大的潛力。然而，硫離子氧化反應(yīng)的機理研究尚不完善并且硫在電極表面的沉積易造成失活。

目前，海水電解系統(tǒng)的主要瓶頸在于陽極緩速的析氧反應(yīng)，并且現(xiàn)有高效的析氧反應(yīng)電極通常需要極高的電壓才能達(dá)到高電流密度，在這種情況下，海水中大量的氯離子在堿性條件下會發(fā)生嚴(yán)重的氯氧化反應(yīng)，導(dǎo)致海水電解效率不佳并且釋放有毒的Cl2或ClO−離子腐蝕設(shè)備及污染環(huán)境。硫離子氧化反應(yīng)對于取代析氧反應(yīng)實現(xiàn)低能耗制氫以及凈化含硫污染物具有很大的潛力。然而，硫離子氧化反應(yīng)的機理研究尚不完善并且硫在電極表面的沉積易造成失活。

近日，來自中南大學(xué)的唐愛東教授與中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)的楊華明教授合作，在國際知名期刊Advanced Functional Materials上發(fā)表題為“Bifunctional Co3S4 Nanowires for Robust Sulfion Oxidation and Hydrogen Generation with Low Power Consumption”的文章。這項工作提出了Co3S4參與的硫離子氧化反應(yīng)中S2−逐步氧化成短鏈多硫化物后繼續(xù)氧化成S8的反應(yīng)機制，并且搭建的全新混合海水電解裝置可同時用于陽極的硫離子氧化和陰極的海水還原實現(xiàn)低能耗制氫及高效處理含硫污水。

DOI: 10.1002/adfm.202212183

該項工作認(rèn)為雖然一些基于硫化物的非貴金屬催化劑被報道可以提高硫離子氧化反應(yīng)的活性，然而大多數(shù)催化劑過電位過高（普遍需要超過1.1V的過電位驅(qū)動100mA·cm-2)，并且S2-離子容易腐蝕或毒害催化劑影響其使用壽命進(jìn)而導(dǎo)致催化性能不能滿足實際應(yīng)用的要求。

基于此，本文提出利用簡單的兩步水熱法合成即可滿足復(fù)雜的富氯條件下的長時間節(jié)能制氫，又能在有毒的富硫條件下穩(wěn)定催化硫離子氧化的雙功能Co3S4納米線，這為低成本及高效率的混合海水電解系統(tǒng)的設(shè)計開辟了新途徑。

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