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深圳长石新能源科技有限公司:宝藏石墨烯又为新能源界作出了大贡献
1电催化分解水
随着经济的发展,全球能源需求不断增加,随之带来日益严重的环境污染问题。氢能源是一种清洁、高效、可再生的理想能源,电解水制氢是实现工业化廉价制备氢气的重要手段。
电解水过程包含析氢和析氧两个半反应,其中析氧反应在动力学上较为困难,成为电解水制氢的瓶颈。目前商用的析氢和析氧催化剂主要为贵金属,其高昂的价格和稀有的储量制约了这一过程的发展,寻找价格低廉和储量丰富的非贵金属催化剂成为近年来研究的热点。
电催化分解水是一种低成本且清洁的获取氢能源的方式。电催化分解水包括阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)两个半反应,然而析氢和析氧反应的过电位较高,导致反应的能耗较大。利用传统的贵金属催化剂可降低水分解反应的过电位,但是贵金属催化剂高的价格、低的储量限制了其大规模的应用。
采用两种不同的非贵金属分别作为阴极和阳极催化剂可以降低催化剂成本,但是阴极阳极催化剂的不同会使得材料的制备比较麻烦,而且两极在电催化过程中可能的污染不利于认识材料结构和性能之间的关系。
采用双功能的非贵金属催化剂可以在一定程度上克服以上问题,但是大多数双功能电催化剂通常对一个半反应具有出色的活性但对另一半反应的催化活性一般,从而表现出适中的全解水性能。因此,将OER活性组分与HER活性组分整合构建异质结结构催化剂,并通过两者的协同效应实现性能的互相增强,可获得同时具有优异的催化HER和OER反应的催化剂,有助于大幅度降低水分解的过电位,提高水分解的效率。
迄今为止,碳基纳米材料,如碳纳米管(CNT)、石墨烯(GE)和类石墨烯碳层(GCL)及其复合材料,已在电催化水裂解领域得到广泛研究和应用。类石墨烯碳层(包括纳米片、纳米笼、纳米胶囊和纳米管)由于其超薄的石墨碳纳米结构、高导电性和优异的稳定性,在电化学领域引起了广泛的