生物炭基催化剂电催化分解水制氢*

高 立，应 芝，黄亚军，俞潇远，刘芯妤，何长春，张 成

(上海理工大学 能源与动力工程学院 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室，上海 200093)

0 引 言

当前，化石燃料的大量使用造成了全球变暖、空气污染等环境问题和日益加剧的能源危机，探索和开发新的替代能源已成为世界的课题，其中可再生能源是研究重点。氢具有高能量密度，被视为未来清洁而高效的能源载体而备受关注，基于可再生能源(风能、太阳能等)产生的富余电力电解水制氢是最有前途的方案之一[1-2]。然而电解水制氢在很大程度上受到能耗高的限制，开发稳定、低成本的高效电催化剂是有效的解决方法。

电解水由阳极处的氧气逸出反应(OER)和阴极处的氢气逸出反应(HER)组成，这两者都需要高性能电催化剂来减少反应中的过电势[3]。近年，钌/铱基材料被认为是最有效的OER电催化剂，而铂基金属合金被认为是高可靠性、稳定性和活性的HER电催化剂[4]。然而贵金属材料昂贵且稀缺，严重阻碍了电解水制氢的大规模生产。因此已经探索了地球上富含的过渡金属(钼、钨、铁、钴、镍、铜等)基电催化剂，例如过渡金属/合金及其氧化物、硼化物、炭化物、硫化物、磷化物、氮化物等，由于其高催化性能、较低成本和优异的稳定性，而被提出并证明是良好的OER和HER电催化剂[5]。但是一般来说，这些过渡金属基材料大多是有毒的，容易流失而且制备前一些高成本的准备过程也是必要的[6]。相对而言炭材料无毒且具有许多优点，例如较大的比表面积、较低的成本、高的电导率与导热率和较强的耐腐蚀性，是能够均匀分散和稳定催化活性位点的良好基体。……