Слоистые двойные гидроксиды для реакций выделения кислорода

26 октября 2022 г.

Пекинского технологического института Press

Чтобы направлять разработку и синтез электрокатализаторов для высокоэффективных реакций выделения кислорода (OER), исследователи из Пекинского химико-технологического университета обобщили четыре общие стратегии, направленные на улучшение характеристик OER слоистых двойных гидроксидов (LDH), а также идентификацию активных центров для ЛДГ.

Они опубликовали свою работу 7 сентября в журнале Energy Material Advances.

«С ростом спроса и потребления ископаемого топлива нехватка энергии и загрязнение окружающей среды становятся серьезными и недопустимыми», - сказал автор-корреспондент Минфэй Шао, профессор Государственной ключевой лаборатории инженерии химических ресурсов Пекинского университета химической технологии в Пекине. «Необходимо изучить устойчивую и возобновляемую энергетику. В частности, водород — это новая энергия с великолепными перспективами применения».

Производство высокочистого водорода может быть достигнуто путем электрохимического расщепления воды с использованием электроэнергии, преобразованной из возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнечная энергия. Но, по словам Шао, как одна из полуреакций, ОЭР представляет собой четырехэлектронный процесс с низким КПД использования энергии.

Шао и его команда сосредоточились на ЛДГ, двумерном материале большого типа. Широкие возможности настройки, молярные соотношения и межслоевые анионы делают его выдающимся катализатором для ООР в щелочных средах.

«Мы обобщили четыре общие стратегии, применяемые для улучшения производительности OER LDH. С помощью этих стратегий можно уменьшить избыточный потенциал OER, что приведет к высокой эффективности использования энергии», — сказал Шао. «Представлены некоторые работы по идентификации активных центров ЛДГ. Выявление механизма реакции и активных центров обеспечивают теоретическое руководство для разработки эффективных электрокатализаторов».

Разработка и исследование катализаторов ОЭР в настоящее время находится в основном на экспериментальной стадии, которая не может соответствовать стандартам для крупномасштабного практического использования. Например, остаются проблемы, связанные с увеличением размера катализаторов и поддержанием стабильности во время ООР. Кроме того, по словам Шао, большинство известных методов приготовления катализаторов на основе СДГ являются сложными и трудоемкими, что приводит к высоким затратам и ограничивает их применение.

«Распознавание активных форм кислорода, таких как формы кислорода, адсорбированные активными центрами на поверхности электрокатализаторов, и кислородные радикалы, диспергированные в растворе во время ООР, все еще остается неоднозначным из-за нестабильного и незаметного существования активных форм кислорода», — сказал Шао. «После признания этих активных форм кислорода вопрос о том, как использовать их для более эффективного ООР, по-прежнему остается жизненно важным».

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

Больше информации: Синь Ван и др., Слоистые двойные гидроксиды для реакции выделения кислорода в целях эффективного производства водорода, «Достижения в области энергетических материалов» (2022). DOI: 10.34133/2022/9842610.

Предоставлено издательством Пекинского технологического института.