绿电（风力、光伏、潮汐等）驱动的电解水工艺提供了一条“零排放”制氢途径，但由于阳极析氧反应（OER）缓慢的动力学和高的过电位，极大地增加了电解制氢成本，近年来，阳极替代策略在改善反应动力学和降低过电位方面显示出良好的应用前景。近日，我校化工学院岳海荣教授提出一种乙醇选择性电氧化耦合析氢反应的制氢策略，通过对阳极催化剂的科学设计，实现了低能耗、无膜组件的电化学制备高纯氢过程。相关研究成果“Membrane-free pure H₂production over single dispersed Ru-anchored Pt₃Ni alloys via coupling ethanol selective electrooxidation”发表于催化顶刊《Applied Catalysis B: Environment》（2021年影响因子24.319），论文第一作者为四川大学化工学院2019级博士生周昶安，四川大学化工学院岳海荣教授为该论文通讯作者。

该研究工作采用耦合乙醇的选择性电氧化过程来改善传统电解水系统中阳极缓慢的动力学和降低电解电压。通过简单的自发电位还原过程，制备了单原子Ru修饰的Pt₃Ni合金催化剂，电化学测试表明，Ru₁-Pt₃Ni/NiF在碱性介质中具有良好的稳定性和4倍于商业PtC催化剂的乙醇电氧化活性。研究表明，催化剂中单分散的Ru位点不仅可以促进催化剂表面的电子转移，还能显著降低吸附羟基的吉布斯生成自由能，从而提升乙醇氧化活性和降低氧化反应起始电位；同时Ru的存在引入了大量吸附羟基，促进了乙醇分子的α-脱氢和O-H断裂，削弱乙酸在催化剂上的吸附，实现了乙酸产物的高选择性。通过避免阳极气相产物的生成，可在不使用离子交换膜的条件下制备高纯氢。在构建的Ru₁-Pt₃Ni/NiF ||Pt₃Ni/NiF乙醇电解制氢电池中，单位制氢能耗为19.24 kWh/kg_H2，较传统电解水制氢能耗下降50%，制氢法拉第效率达到94%。

图1 (a)&(b)不同PtRu比例催化剂的乙醇氧化LSV曲线；(c)不同PtRu比例催化剂的乙醇氧化Tafel曲线；(d) EOR电流密度；(e)稳定性测试结果；(f) EIS测试曲线

图2. (a)不同位点上的吸附羟基生成能；(b)乙醇C2路径氧化反应机理；(c)乙酸吸附能

该工作实现了乙醇的选择性电氧化，提供了一种低成本和节能的高纯氢气制备策略，为可再生能源的电能利用开辟了新的机遇。该项研究得到了国家自然科学基金面上项目（22078208）、国家自然科学基金青年项目（22008160）等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.122065.

来源：课题组供稿

审核：钮大文

编辑：高敏

2022年11月3日