电解水阳极析氧替代反应及高效催化剂研究进展

摘要

开发先进的电解水制氢技术，推动制氢产业规模化发展，是缓解当前能源危机和环境污染的有效途径.当前发展的电解水制氢技术存在析氧反应（OER）动力学缓慢、能耗高、O₂附加值低、活性氧物种降解隔膜等问题，限制了电解水制氢的大规模应用.对电解水系统进行反应设计，以热力学上更易发生的阳极反应替代能垒较高的OER，降低过程能耗的同时，得到高附加值的氧化产品，具有显著的经济效益和发展潜力.本文系统综述了牺牲剂氧化反应（Sacrificial agent oxidation reaction,SAOR）和电化学合成反应（Electrochemical synthesis reaction, ESR）在OER替代研究中的最新进展，对这两大类替代反应进行了分类，重点讨论了它们的氧化机制、适用的非贵金属基催化剂及相应的调制策略.此外，对开发高性能催化剂助力低能耗混合电解水制氢系统可能面临的挑战和未来的发展方向进行了展望.

关键词

电解水制氢 / 析氧替代反应 / 牺牲剂氧化反应 / 电化学合成反应 / 催化剂

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52361039,21962008); 云南省优秀青年基金资助项目(202001AW070005); 云南省万人计划青年拔尖人才资助项目(YNWR-QNBJ-2018-346)