姜鲁华教授团队自驱动海水制氢系统研究取得进展

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镁/海水电池以海水为电解质兼阴极反应物，无需额外携带电解质，因而电池比能量高、海洋适应性好。近年来，姜鲁华团队围绕阴极海水还原反应动力学慢、催化剂活性和稳定性差等科学技术挑战，开发了系列高活性高稳定性非贵金属催化剂，镁/海水电池性能和稳定性大幅提升。（相关进展详见：ACS Appl. Mater. Interfaces,2022, 14, 10246；Journal of Power Sources,2021, 486, 229351；ACS Sustain. Chem. Eng.,2021, 9, 38, 13106；Nano Materials Science,DOI: 10.1016/J.NANOMS.2020.12.003）。
        海水直接电解制氢对于沿海城市具有重要意义，但其电依赖性限制了海水制氢的空间应用范围。最近，该团队在前期工作的基础上巧妙地将镁/海水电池与海水电解耦合，开发出一套新型自驱动海水电解制氢系统（图1）。在该系统中，镁/海水电池为电解海水装置提供电能，电解海水装置和镁/海水电池的阴极均产生氢气，制氢效率显著提升。这种自驱动直接海水电解系统提供了一种可行的不依赖外电网的海水制氢策略。

图1自驱动海水制氢系统工作原理图

        该系统中嵌入了团队自行开发的高活性MoNi/NiMoO4异质结构海水析氢催化剂，该催化剂在异质界面处形成肖特基结内建电场，使得MoNi和NiMoO4异质界面分别表现出亲电性和亲核性，海水析氢反应过程中电荷传输效率得到显著提升，极大地促进了中性海水环境下水的解离。采用MoNi/NiMoO4异质结构催化剂的镁/海水电池最大输出功率密度可达21.08 mW cm-2，为目前报导的性能最高的镁/海水电池（图2，左）；所构建的镁/海水电池驱动的海水电解制氢系统产氢效率高达12.11 mL cm-2h-1，是目前报导的最先进的自驱动制氢系统之一（图2，右）。

图2镁/海水电池驱动发光二极管（左），镁/海水电池驱动海水电解制氢装置（右）

       该工作以“Mg/seawater batteries driven self-powered direct seawater electrolysis systems for hydrogen production”为题发表于国际知名期刊Nano Energy（中科院JCR一区TOP期刊，影响因子17.881），硕士研究生许颖双和吕洪浩为论文共同第一作者，刘光波副教授和姜鲁华教授为论文通讯作者，青岛科技大学为论文第一完成单位。
       该研究得到国家自然科学基金（22179067）和山东省泰山学者工程（ts201712046）支持。
       论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107295


         文章来源：青岛科技大学
      姜鲁华，青岛科技大学教授。1996年、2002年分别于青岛科技大学获工学学士学位和理学硕士学位，2005年于中国科学院大连化学物理研究所获理学博士学位；2005-2007年德国乌尔姆大学，洪堡学者；2007-2009年美国印第安纳大学普渡大学印第分校博士后。2009-2016年被聘为中国科学院大连化学物理研究所研究员，2010年入选中国科学院“百人计划”并获得择优，2016年4月-2016年12月任大连化学物理研究所醇类燃料电池及复合电能源研究中心组群组长，2016年12月起被聘为青岛科技大学特聘教授，硕士、博士生导师。
      刘光波，青岛科技大学副教授，主要从事纳米光/电催化剂设计制备及基础与应用研究，具体涉及光/电催化水分解、CO2电催化还原和镁/海水电池等领域。迄今在Appl. Catal. B Environ., J. Mater. Chem. A., ACS Appl. Mater. Inter., J. Power Sources和Nanoscale等国际期刊上发表学术论文30余篇，引用超过800次，申请国家发明专利6项。