表面修饰的过渡金属催化剂制备及其海水分解应用研究
摘要：清洁、可持续能源氢能源被认为是一种可以解决能源危机和环境恶化的绿色的、可持续的资源，在未来，氢气(H2)将会成为碳中和能源框架中的一个重要组成部分。目前电解水制氢技术主要采用经过纯化的淡水作为原料,但是由于淡水资源属于不可再生资源，使用淡水制氢会使有限的淡水资源受到威胁，不能真正地实现资源的可持续发展。故越来越多的人将目光转向丰富的海水资源，其中通过海水电解规模化制备氢气为应对全球能源挑战提供了一条新的可行途径。然而，由于氯离子(Cl-)在海水中可以参与阳极反应会与OER形成竞争反应，同时Cl-还对电极材料有强烈的腐蚀作用，从而大大缩短了电极的使用寿命，极大地阻碍了海水电解的实际应用。因此，如何研究出具有高活性、高选择性和高稳定性的理想电极材料是在腐蚀性海水中连续电解过程的一个巨大挑战。因此，本文以优秀的导电基底双金属氢氧化物(NiFe-LDH/NF)做为载体，沉积负载TiOx，得到表面修饰的过渡金属催化剂TiOx-NiFeLDH复合材料
关键词：海水电解；析氧反应；过渡金属催化剂；稳定性；抗Cl-腐蚀
- 文献综述
- 水电解概述
电解是将电流通过电解质溶液，在阴极和阳极上引起氧化还原反应的过程，电化学电池在外加电压时可发生电解过程。海水电解即以海水为电解质溶液，电解水生成氧气和氢气的过程。
- 水电解反应析氢反应机理
电解水是一个热力学倾斜的化学过程, 吉布斯自由能大约为237.2kJ/mol[1]。其中，OER是电解水反应中一个重要的半反应，在标准状况下的热力学平衡电势为 1.23 V，然而在真正的实际反应过程中，因为存在动力学缓慢或者不利因素的阻碍，需要额外的电位去激活和克服原始反应能垒，即过电势。
因此，尽可能地降低水电解的过电位、降低能耗是发展电解制氢的关键，而加入催化剂可以降低过电位，提高反应速率。因此水电解制氢方向需要解决的一个重大的挑战就是开发出即高效又稳定同时兼具低成本的催化剂，从而降低水分解反应所需的电压。
水分解反应包括两电子的析氢(Hydrogen Evolution Reaction, HER)[2]和四电子的析氧(Oxygen Evolution Reaction, OER)[3,4]两个半反应。在阳极上氧气的析出机理在不同的电解质溶液中存在一定的差异。由于在酸性电解质溶液中，大多数 OER 催化剂无法稳定持久的运行，所以当前对 OER 催化剂的研究主要集中在碱性电解质溶液中。
以下是在不同Ph环境下水的分解机理:
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