Прорыв в реакции Oxygen Evolution для эффективного производства водорода
Схема 3D модели LDH

Идеализированная структура ЛДГ. Авторы и права: Минфэй Шао, Государственная ключевая лаборатория по разработке химических ресурсов, Пекинский химико-технологический университет, Пекин

Новые достижения слоистых двойных гидроксидов в направлении эффективной, стабильной и быстрой реакции выделения кислорода.

Ученые в Китае добились успехов в использовании слоистых двойных гидроксидов для улучшения использования энергии реакции выделения кислорода (OER) для достижения цели эффективного производства водорода для возобновляемых источников энергии. Исследователи из Пекинского химико-технологического университета недавно опубликовали свою работу в журнале Energy Material Advances .

«В связи с растущим спросом и потреблением ископаемого топлива нехватка энергии и загрязнение окружающей среды становятся серьезными и неустранимыми», — сказал автор корреспонденции Минфэй Шао, профессор Государственной ключевой лаборатории инженерии химических ресурсов Пекинского химико-технологического университета в Пекине. «Необходимо исследовать устойчивые и возобновляемые источники энергии, особенно водород — это новая энергия с великолепными перспективами применения».

Производство высокочистого водорода может быть достигнуто путем электрохимического разделения воды с использованием электроэнергии, преобразованной из возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца. Но как одна из полуреакций, OER представляет собой четырехэлектронный процесс, который, по словам Шао, вызывает низкую эффективность использования энергии.

Шао и его команда сосредоточились на слоистых двойных гидроксидах (СДГ), важном типе двумерных материалов с широкими возможностями настройки типов, молярных соотношений металлических элементов и природы межслойных анионов. Они являются выдающимися катализаторами OER в щелочных средах.

«Мы обобщили четыре общие стратегии, применяемые для повышения эффективности ООР LDH. С помощью этих стратегий можно, очевидно, снизить перенапряжение OER, что приведет к высокой эффективности использования энергии», — сказал Шао. «Представлены некоторые работы по идентификации активных сайтов для ЛДГ. Открытие механизма реакции и активных центров обеспечивает теоретическое руководство для разработки эффективных электрокатализаторов».

До сих пор разработка и исследование катализаторов OER находится в основном в экспериментальной стадии, что не может соответствовать стандартам для крупномасштабного практического использования. Например, до сих пор существуют проблемы с укрупнением катализаторов и сохранением стабильности при ОЭР с тяжелыми условиями, такими как высокая щелочность и высокая температура. Кроме того, по словам Шао, большинство описанных методов приготовления катализаторов на основе СДГ сложны и требуют много времени, что приводит к высокой стоимости и ограничивает их применение, а также популяризацию.

«Распознавание активных форм кислорода, таких как формы кислорода, адсорбированные активными центрами на поверхности электрокатализаторов, и кислородный радикал, диспергированный в растворе во время OER, по-прежнему остается неоднозначным из-за нестабильного и незаметного существования активных форм кислорода», — сказал Шао. «После обнаружения этих активных форм кислорода вопрос о том, как использовать их для повышения эффективности ООР, по-прежнему актуален».

«Мы надеемся, что этот обзор может предложить идеи для дальнейшего определения активных центров СДГ с целью предоставления рекомендаций по разработке более совершенных электрокатализаторов для электрохимического расщепления воды», — сказал Шао.

Ссылка: «Слоистые двойные гидроксиды для реакции выделения кислорода с целью эффективного производства водорода», Синь Ван, Инцзе Сун, Хуа Чжоу и Минфэй Шао, 7 сентября 2022 г., Energy Material Advances .
DOI: 10.34133/2022/9842610

Другие участники включают Xin Wan, Yingjie Song и Hua Zhou, все из Государственной ключевой лаборатории инженерии химических ресурсов Пекинского университета химической технологии, Пекин.

Эту работу поддержал Национальный фонд естественных наук Китая (22090031, 21922501 и 21871021), проект, финансируемый Китайским фондом постдокторских наук (2021M690319).

2D-материалы
Дата публикации: 2022.11.21