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行業知識
如何合理地評估電化學水分解的性能?
時間:2019-10-16   訪問量:148  【打印此頁】  【關閉

 電化學水分解包含電化學產氫(hydrogen evolution reaction)和產氧(oxygen evolution reaction)這兩個基礎反應。該領域中,基于電極宏觀面積的電流密度10mA cm-2geo是一個非常重要的性能指標。幾乎所有的科研論文都要用達到10 mAcm-2 geo時所需的過電勢(η@10 mAcm-2geo)來評價電化學產氫或產氧催化劑的性能。那么這個標準究竟源自何處,η@10mA cm-2 geo的實際意義是什么,它又是否可以合理地反映催化劑的本征活性?

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近日,新加坡南洋理工大學徐梽川課題組對η@10 mA cm-2 geo這個參數的來龍去脈以及適用范圍進行了簡要刨析。10 mA cm-2 geo源自于人工光合作用領域(artificial photosynthesis)。10%的光能-氫能轉化率是開發人工光合作用器件的標桿,而這一轉化率恰恰對應著~10 mA cm-2 geo這一電流密度。由于電化學水分解是人類實現人工光合作用藍圖的重要組成部分,10 mA cm-2 geo亦被用于評估電化學水分解的器件性能。但是,η@10 mA cm-2 geo并不能體現出催化劑的本征活性。原因之一是η@10 mA cm-2 geo很大程度上是由催化劑的負載量決定。放很多催化劑在電極上,η@10 mA cm-2 geo自然就小。第二個原因是,基于電極宏觀面積的電流密度10 mA cm-2 geo忽視了電化學催化是一個表面過程。催化劑的本征活性應該由一個基于催化劑表面的參數來體現,例如活性位點的數量或者催化劑的表面積。

因此,基于電極宏觀面積的電流密度10 mA cm-2 geo適用于評價電解水器件的性能,而不適用于評價電極上所負載催化劑材料的本征活性。在涉及到研究催化劑本征活性的時候,例如當我們試圖解釋為什么不同的催化劑擁有不同活性的時候,基于活性位點數量或者催化劑表面積的電流密度才是合理的評價標準。當然,高效的電解水器件才是這一研究領域的終極應用目標。相關評論性綜述文章發表在Small MethodsDOI: 10.1002/smtd.201800168)上。

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