新型催化劑能夠?qū)A性廢水直接轉(zhuǎn)化為清潔氫氣
文章來源：新能源網(wǎng) 更新時(shí)間：2025-07-22 16:33:49
|
韓國(guó)材料科學(xué)研究所（KIMS）能源環(huán)境材料研究部的Sung Mook Choi博士和他的研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了一種高度耐用的非貴金屬基制氫催化劑，用于使用廢堿水和陰離子交換膜（AEM）的直接電解系統(tǒng)。這一突破使直接利用工業(yè)過程中產(chǎn)生的堿性廢水生產(chǎn)清潔氫氣成為可能。值得注意的是，所開發(fā)的催化劑已應(yīng)用于商業(yè)規(guī)模的64cm²單電池電解系統(tǒng)，并且在連續(xù)運(yùn)行超過2000小時(shí)后，表現(xiàn)出了高制氫效率，性能下降不到5%，這表明了實(shí)際應(yīng)用的強(qiáng)大前景。 在半導(dǎo)體制造和金屬蝕刻/清洗過程中會(huì)產(chǎn)生大量的堿水廢水。然而，由于處理成本高和潛在的環(huán)境危害，其再利用仍然是低效的。陰離子交換膜電解法（AEMWE）被認(rèn)為是一種直接利用廢堿水而不需要單獨(dú)凈化的方法。然而，廢水中所含的雜質(zhì)和離子長(zhǎng)期干擾電解過程中的電化學(xué)反應(yīng)，顯著降低了制氫效率。 研究小組發(fā)現(xiàn)，鎳和氧化鈰之間的界面與廢堿水中的雜質(zhì)離子表現(xiàn)出弱的結(jié)合能。這一發(fā)現(xiàn)通過與富京大學(xué)Min Ho Seo教授小組的合作研究，利用密度泛函理論（DFT）計(jì)算，在理論上得到了驗(yàn)證。此外，研究人員與建國(guó)大學(xué)Jang Yong Lee教授團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)了一種即使在雜質(zhì)豐富的環(huán)境中也能保持性能的高度耐用的陰離子交換膜。 通過這一開發(fā)過程，研究小組創(chuàng)造了一種基于鎳和氧化鈰的異質(zhì)結(jié)構(gòu)非貴金屬催化劑。該催化劑可直接應(yīng)用于廢堿水電解系統(tǒng)，無需復(fù)雜的凈化過程。因此，該團(tuán)隊(duì)取得了一項(xiàng)技術(shù)突破，不僅降低了氫氣的生產(chǎn)成本，還減輕了環(huán)境污染。 傳統(tǒng)的淡水電解系統(tǒng)需要大約18噸原水來生產(chǎn)1噸氫，其中必須提取大約9噸超純水。凈化這些水的費(fèi)用估計(jì)在2340美元左右。相比之下，研究小組開發(fā)的“直接廢堿水電解技術(shù)”可以不經(jīng)凈化而大量利用廢堿水，大大降低了制氫成本。 研究小組使用共沉淀法合成了基于鎳和鈰氧化物的異質(zhì)結(jié)構(gòu)非貴金屬催化劑，該方法通過溶解多種物質(zhì)并同時(shí)沉淀它們，從而易于大規(guī)模生產(chǎn)。通過兩步熱處理工藝得到最終催化劑。這種方法能夠形成大量的氧空位，并最大限度地提高電子-金屬支撐相互作用（EMSI），從而提高催化性能和耐久性。氧空位使電子流更順暢，加速析氫反應(yīng)（HER），而金屬與周圍材料之間的強(qiáng)相互作用提高了催化劑的運(yùn)行穩(wěn)定性和效率。 該技術(shù)一旦商業(yè)化，預(yù)計(jì)將加速未來移動(dòng)和電力行業(yè)關(guān)鍵部件材料的自給自足，同時(shí)為創(chuàng)造清潔氫的新市場(chǎng)做出貢獻(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，研究小組還致力于開發(fā)直接利用海水作為源的下一代AEMWE技術(shù)。 KIMS首席研究員Sung Mook Choi博士表示：“通過本研究，我們證明了工業(yè)廢堿水可以有效地回收用于制氫，大大降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)也最大限度地降低了廢水運(yùn)輸過程中泄漏事故的風(fēng)險(xiǎn)。” 他補(bǔ)充道：“非淡水電解技術(shù)在未來的清潔制氫領(lǐng)域有望得到越來越多的關(guān)注。” 本研究由韓國(guó)國(guó)家研究基金會(huì)（NRF）資助，由韓國(guó)政府（MSIT）資助（No. 1）。（RS-2024-00467234，國(guó)家氫中心實(shí)驗(yàn)室)，由韓國(guó)科學(xué)和信息通信技術(shù)部資助的韓國(guó)國(guó)家研究基金會(huì)（NRF）資助的納米材料技術(shù)發(fā)展計(jì)劃（RS-2024-00409675），以及由韓國(guó)材料科學(xué)研究所（KIMS）資助的基礎(chǔ)研究計(jì)劃。該研究結(jié)果9日發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)雜志《Advanced Science》（影響因子14.3）上。 （素材來自：KIMS 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合） |
相關(guān)新聞
- [2025-07-17]·《中國(guó)禁止出口限制出口技術(shù)目錄
- [2025-07-17]·6月份化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)
- [2025-07-17]·上半年化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)
- [2025-07-16]·“AI+機(jī)器人”為合成化學(xué)研發(fā)注能
- [2025-07-16]·揭陽(yáng)首創(chuàng)新技術(shù) 助力大南海石化
- [2025-07-22]·新型催化劑能夠?qū)A性廢水直接轉(zhuǎn)
- [2025-07-21]·非雙曲材料中發(fā)現(xiàn)雙曲極化激元
- [2025-07-21]·用于陰離子交換膜水電解槽綠色制
- [2025-07-21]·新型半導(dǎo)體光伏研發(fā)獲新進(jìn)展
- [2025-07-21]·復(fù)合塑料導(dǎo)熱性能超越不銹鋼有望
主辦單位：山東省化工情報(bào)信息協(xié)會(huì)
山東省濟(jì)南市文化東路80號(hào)郵編：250014電話：0531—86399950、86399980、86399990傳真：0531—86399186
山東化工網(wǎng)在線交流：
Copyright(C)山東省化工情報(bào)信息協(xié)會(huì) 版權(quán)所有 備案號(hào)：魯ICP備2021036540號(hào)
山東省濟(jì)南市文化東路80號(hào)郵編：250014電話：0531—86399950、86399980、86399990傳真：0531—86399186
山東化工網(wǎng)在線交流：
Copyright(C)山東省化工情報(bào)信息協(xié)會(huì) 版權(quán)所有 備案號(hào)：魯ICP備2021036540號(hào)
魯公網(wǎng)安備 37010202001033號(hào)