新型催化剂材料可助力质子交换膜电解水制氢

发布时间：2024-09-15 20:53 原文链接：新型催化剂材料可助力质子交换膜电解水制氢

华东理工大学材料科学与工程学院清洁能源材料与器件团队副教授刘鹏飞、教授戴升、教授杨化桂，开发了一种工况稳定、低贵金属载量负载的纳米团簇析氢电催化剂材料（PdH_x-WC_x），为设计质子交换膜电解水（PEMWE）负载电催化剂提供了新的见解。相关研究发表于《德国应用化学》。

PEMWE技术具有制氢速率快、氢气纯度高、占地面积小、响应快等优点，适用于波动性可再生电力驱动的绿氢制取系统。然而，PEMWE电解槽的阴极/阳极催化剂，长期依赖于储量稀少、价格高昂的铂族贵金属材料，限制了PEMWE技术的大规模部署。开发低贵金属负载量、高原子利用率的新型PEMWE制氢催化剂至关重要。

研究团队开发的PdH_x-WC_x，利用了贵金属钯（Pd）在电化学还原电位下原位注氢形成PdH_x的特点，有效调节了Pd反应位点的氢吸附能，诱导了反向氢溢流过程，加速了析氢反应动力学。工况形成的PdH_x-WC_x材料在制氢环境下结构稳定，在三电极测试体系中达到10 mA cm^-2电流密度时仅需28 mV的低过电位，在50 mV的过电位下具有11.375 A mg_Pd^-1的高质量活性，比商用的Pt/C（20wt%）提高了7.9倍。将该电催化剂材料进一步应用于PEMWE电解槽的阴极，Pd贵金属负载量极低，器件达到1 A cm^-2电流密度时的电压为1.66 V，并且连续运行200 h无明显的性能衰减。与目前商业化PEMWE电解槽阴极水平相比，新型器件贵金属负载量可降低至少94.5%，且不会明显影响制氢器件的性能和稳定性。