在“雙碳”目標的背景下,基于可再生能源電解水制氫是真正實現清潔氫氣來源的“綠氫”技術。然而,目前制約電解水制氫產業發展的瓶頸之一是貴金屬基電催化劑高昂的價格。近年來,研究者開發了多種廉價、高效的電解水陰極析氫非貴金屬電催化劑,其中硫化鉬(MoS2)基催化劑是迄今為止發現的析氫性能最好的非貴金屬催化劑之一,其具有類鉑活性。然而,這類高活性催化劑往往更易受到復雜催化反應環境因素的影響,導致催化劑表面發生重構并破壞其幾何/電子結構,造成催化劑失活。
基于此,本團隊提出了具有分子選擇性的柵欄工程,解決了高活性Co摻雜MoS2析氫反應催化劑活性與穩定性之間的權衡問題。這一策略為設計高效、穩定的非貴金屬基電催化劑的大規模應用提供了新思路。當將該MoS2基(Co-MoS2@CoS2)陰極催化材料與實驗室自制的高活性鈷鎳雙金屬硒化物析氧反應陽極配對用于實驗室自制的堿性電解水(AWE)雙電極電解系統時,在電流密度400 mA/cm2下持續分解500 h沒有明顯的衰減。
隨著我國進一步推進去碳化,電解水制氫有望成為能源變革的核心。在此背景下,只有大力推廣電解水制氫,才能滿足不斷增長的綠氫需求。為此,需要大幅擴大電解水制氫裝置規模,讓電解水制氫在國民經濟去碳化中發揮關鍵作用。
該催化劑和堿性電解水設備用于基于光伏發電、風力發電等可再生能源催化水分解制氫技術領域。主要面向燃料電池及氫燃料電池汽車場景應用。
該項目已經通過技術開發、實驗室克級產品驗證,如果可轉化為適合規模化生產,預計可以顯著提升該成果的技術創新性、行業競爭力和商業可行性,同時帶動本市氫能產業鏈快速發展,加快制氫、燃料電池以及氫燃料電池汽車產業規模增長。該催化劑制備技術在合成過程中原位構建分子柵欄層,其可以有效避免非貴金屬催化劑在生產和存儲過程中普遍面臨的氧化問題,從而可以大大降低催化劑的運輸和存儲成本,同時提高催化劑的存儲和使用壽命。
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