科学家发现铂基催化剂能热还原水制氢
电解水制氢中钌基电催化剂的研究进展
电解水制氢中钌基电催化剂的研究进展姚俊杰;唐佳易;杨志娟;陈建;孙迎辉【摘要】能源枯竭引发了寻找替代能源的热潮,氢气作为一种清洁能源引起了人们的广泛关注,尤其关注于电解水制取氢气,因此开发高效、稳定、廉价的电解水析氢的催化剂就成为研究热点.本文综述了铂(Pt)族元素中最便宜的钌和钌基材料作为高效电催化剂在电解水析氢反应中的研究进展,展望了钌和钌基材料在电解水析氢反应中的产业化应用前景.【期刊名称】《电池工业》【年(卷),期】2019(023)003【总页数】6页(P151-156)【关键词】氢析出反应;电催化剂;钌基材料;进展【作者】姚俊杰;唐佳易;杨志娟;陈建;孙迎辉【作者单位】苏州大学能源学院和能源与材料创新研究院,江苏苏州 215006;江苏省先进碳材料与可穿戴能源技术重点实验室,江苏苏州 215006;苏州大学能源学院和能源与材料创新研究院,江苏苏州 215006;江苏省先进碳材料与可穿戴能源技术重点实验室,江苏苏州 215006;山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛 266590;山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛 266590;苏州大学能源学院和能源与材料创新研究院,江苏苏州 215006;江苏省先进碳材料与可穿戴能源技术重点实验室,江苏苏州 215006【正文语种】中文【中图分类】TQ116.2+11 引言近年来，全球人口爆炸造成对不可再生的化石能源的需求逐年增长，日益短缺的化石能源的及其使用过程中对环境造成的污染等问题，促使人类急切地寻找新型能源来替代这种传统能源[1,2]。
目前发展的一些新型可再生能源有风能、潮汐能、核能、太阳能和氢能等，其中，氢能因其具有可再生、重量轻和热值高等优点在众多可再生能源中脱颖而出[3-5]。
如何高效低能耗的制备氢气也就成为发展氢能的研究重点之一[6-7]。
其中，环保清洁的电解水制氢是近年来高速发展的一种制氢方法[8-10]。
电解水的本质是水的分解，如图1所示是电解水的简单示意图。
燃料电池 铂合金催化剂
燃料电池铂合金催化剂燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的装置，其核心部件之一就是催化剂。
在燃料电池，特别是质子交换膜燃料电池（PEMFC）中，铂及其合金催化剂在电极反应中扮演着至关重要的角色。
铂催化剂主要用于加速燃料电池的两个主要反应：阳极的氢气氧化反应和阴极的氧气还原反应。
铂合金催化剂的优势1. 高催化活性：铂和铂合金催化剂因其对氢气氧化和氧气还原反应具有极高的催化活性而被广泛使用。
这种高效的催化活性可以提高燃料电池的功率密度和能量转换效率。
2. 良好的化学稳定性：铂和其合金在燃料电池工作条件下显示出良好的化学稳定性，能够抵抗腐蚀和长时间的操作衰减。
3. 优异的电导性：铂合金催化剂具有优异的电导性，有利于电子在电极材料之间的快速传输。
铂合金催化剂的种类和应用铂合金催化剂通常是铂与其他过渡金属（如钴（Co）、镍（Ni）、铁（Fe）等）的合金，这些合金通过改变铂的电子结构和表面几何结构，进一步提高了催化活性和稳定性，同时有助于降低贵金属铂的使用量，从而减少成本。
1. 铂钴合金（Pt-Co）：提供了优于纯铂的催化活性，特别是在氧气还原反应中，同时能够在一定程度上降低成本。
2. 铂镍合金（Pt-Ni）：这种合金在提高催化活性的同时，也显示出良好的抗腐蚀性能，特别适用于氧气还原反应。
3. 铂铁合金（Pt-Fe）：在某些燃料电池应用中，铂铁合金因其独特的催化特性而受到青睐，尤其是在提高电池效率方面。
发展趋势和挑战尽管铂合金催化剂在燃料电池中表现出色，但其高成本和有限的资源仍然是推广燃料电池面临的主要挑战之一。
因此，研究人员正在努力开发新型的非贵金属催化剂或低铂含量的催化剂，以降低成本并提高催化剂的稳定性和耐久性。
通过纳米技术和材料科学的进步，已经实现了对铂合金催化剂性能的显著提升，未来这些技术的进一步发展有望为燃料电池的商业化和大规模应用铺平道路。
催化制氢原理
催化制氢原理
催化制氢是一种通过催化剂促进水的分解反应而产生氢气的方法。
该过程是在高温和高压的条件下进行的。
催化制氢的原理基于水的电解反应，即将水分子分解为氢气和氧气。
然而，水的电解需要高能输入，并且产生的氧气也会带走一部分能量，使得能量效率较低。
因此，通过引入催化剂，可以提高反应速率并减少所需的能量。
催化剂通常是一种金属或金属合金，如铂、镍、钯等。
催化剂的作用是提供表面活性位点，吸附水分子并促使其发生分解反应。
在催化剂的作用下，水分子吸附到催化剂表面形成氢原子和氢离子。
随后，氢原子和氢离子会再次结合形成氢气，并释放出能量。
催化剂的选择对于催化制氢过程的效率和选择性起着重要作用。
不同的催化剂在不同的工作条件下具有不同的活性和稳定性。
因此，科学家们一直在研究和开发更加高效和稳定的催化剂，以提高催化制氢的效率和经济性。
总之，催化制氢是一种通过使用催化剂促进水的分解反应而产生氢气的方法。
催化剂的引入可以提高反应速率，并减少所需的能量。
催化制氢技术的发展正在逐步实现氢气的可持续生产和应用。
水制氢的催化剂
水制氢的催化剂
水是一种非常普遍的物质，而氢则是一种非常重要的能源。
因此，以水制氢一直是科学家们研究的热点之一。
而催化剂则是实现这一目标的关键。
催化剂是一种能够加速化学反应速率的物质。
在以水制氢的过程中，催化剂可以降低反应的能量阈值，从而使反应更容易发生。
目前，研究人员已经发现了多种催化剂，可以用于水解反应。
其中，最常用的催化剂是铂。
铂是一种非常活泼的金属，可以促进水分子的分解，从而释放出氢气。
但是，铂是一种非常昂贵的材料，因此无法大规模应用于工业生产中。
为了解决这个问题，研究人员开始寻找其他的催化剂。
他们发现，一些过渡金属化合物，如钼、钨、铁等，也可以作为催化剂，促进水解反应的发生。
这些金属化合物不仅价格便宜，而且效果也非常好。
还有一些非金属催化剂，如碳纳米管、氧化石墨烯等，也可以用于水解反应。
这些催化剂具有良好的稳定性和催化活性，可以在不同的反应条件下实现高效的水解反应。
以水制氢的催化剂是实现氢能源产业化的关键。
随着科学技术的不断发展，相信未来会有更多的催化剂被发现，为氢能源的发展提供
更好的支持。
铂金作为催化剂的原理
铂金作为催化剂的原理
铂金作为催化剂的原理主要基于其独特的化学性质和电子特性。
首先，铂金的表面具有很高的吸附能力，可以吸附气体分子如氧气、氢气等。
这些气体分子在铂金表面的吸附作用，有助于形成反应中间体，促进化学反应的进行。
其次，铂金具有稳定的化学性质，不易与其他物质发生反应，从而能够保证催化反应的顺利进行。
此外，铂金具有优良的导电性，可以降低反应的电子转移阻力，促进反应的进行。
在具体的催化反应中，铂金作为催化剂可以降低反应的活化能，提高反应速率。
例如，在氢燃料电池中，铂金作为催化剂促进氢气和氧气的反应，产生水和电能。
氢气和氧气在电极上相遇并且被铂金催化剂吸附，使得氢气的电子更容易流向负极，而正极的氧气更容易被还原成水。
通过降低反应活化能，铂金催化剂提高了氢燃料电池的反应速率，从而提高了电池的效率。
综上所述，铂金作为催化剂的原理主要基于其高表面吸附能力、稳定的化学性质、优良的导电性以及降低反应活化能的能力。
这些特性使得铂金成为许多化学反应的优良催化剂，广泛应用于工业生产和科学研究中。
用于SO2去极化电解制氢的铂基催化剂
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 S1 期用于SO 2去极化电解制氢的铂基催化剂谢璐垚，陈崧哲，王来军，张平（清华大学核能与新能源技术研究院，北京 100084）摘要：综述了铂基SO 2去极化电解（SDE ）阳极催化剂的研究进展。
SDE 阳极反应条件苛刻，铂基催化剂因具备良好的导电性、抗腐蚀性，并能够有效抵抗H 2S 等硫物质的毒化，成为SDE 阳极催化剂的首选。
通过引入Al 、Cr 、Ni 等非贵金属元素，可有效提高铂基催化剂性能并减少Pt 的用量。
在载体方面，综述和讨论了活性炭、石墨、炭黑、石墨烯以及SiC/TiC 等对铂基催化剂性能的影响，此外分析了催化剂制备工艺对催化剂结构参数和性能的影响。
尽管已经取得了很多研究成果，但当前对铂基SDE 阳极催化剂的长期稳定性、多金属催化剂各金属元素间的相互作用等方面的研究尚较少，进一步优化催化剂设计、加强载体筛选及其改性，开发新的制备工艺，提高Pt 利用率及催化剂的活性和稳定性，是未来相关研究的关键所在。
关键词：制氢；混合硫循环；二氧化硫去极化电解；铂基催化剂中图分类号：TQ15 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）S1-0299-11Platinum-based catalysts for SO 2 depolarized electrolysisXIE Luyao ，CHEN Songzhe ，WANG Laijun ，ZHANG Ping(Institute of Nuclear and New Energy Technology, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: The research progress of platinum-based SO 2 depolarized electrolysis (SDE) anode catalysts is reviewed in this paper. Because of the outstanding electrical conductivity, corrosion resistance, and effective resistance to H 2S and other sulfur-containing poisonings, platinum-based catalysts are considered as the best choice for SDE anode. By introducing non-precious metal such as Al, Cr and Ni, the performance of platinum-based catalysts can be effectively improved and the amount of Pt can be reduced. In terms of the support, the effects of activated carbon, graphite, carbon black, graphene and SiC/TiC on the properties were reviewed and discussed. In addition, the effects of catalyst preparation technology on the structural parameters and performance of catalysts were also discussed. Although many research results have been achieved, there are still insufficient studies on the long-term stability of platinum-based SDE anode catalysts and the interactions among metal elements in polymetallic catalysts. Further optimization of catalyst design and carrier screening/modification, development of new preparation processes, improvement of Pt utilization and catalyst activity and stability, are the keys of future research.Keywords: hydrogen production; hybrid sulfur cycle; SO 2 depolarized electrolysis; platinum based catalyst综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1169收稿日期：2023-07-10；修改稿日期：2023-09-12。
电解水制氢方式的原理及研究进展张国靖
电解水制氢方式的原理及研究进展张国靖发布时间：2021-09-30T06:24:49.467Z 来源：《防护工程》2021年14期作者：张国靖[导读] 本文主要分析了当前国内外碱性电解水制氢技术的发展现状，通过三大领域集中解决的降低电极在反应过程中的过电位问题进行分析和总结。
基于我国电解水发展现状，重点剖析了碱性电解水制氢技术发展的瓶颈，针对性指出了未来发展趋势。
张国靖滨化集团股份有限公司摘要：本文主要分析了当前国内外碱性电解水制氢技术的发展现状，通过三大领域集中解决的降低电极在反应过程中的过电位问题进行分析和总结。
基于我国电解水发展现状，重点剖析了碱性电解水制氢技术发展的瓶颈，针对性指出了未来发展趋势。
关键词：氢能；电解水；绿色能源推动能源结构改革，实现能源的低碳化、清洁化是我国可持续发展的必经之路。
氢能可通过太阳能、风能和电能等清洁能源分解水获取，唯一燃烧产物——水可以实现与氢之间的循环利用，应用前景受到学界重视。
当前，工业常用制氢方法按其原料可分为有机物分解制氢、NH3反应制氢、生物质制氢和水解制氢等，因此氢能供应为非间断式，波动性小，有别于其他能源。
此外，氢能的能量密度极高，在同等质量下，氢气在燃烧过程中所释放的能量高于其他任何一种燃料所释放的能量。
据国际可再生能源机构（IRENA）统计，全球范围内所有的氢气制备方法中，2018年从终端产生的热值来分析，通过天然气制取氢气的总热量占比最高，达到48%;其次是通过石油气化制取氢气，占比30%;通过煤气化制取氢气排第三，占比18%;电解水制取氢气仅占比4% [2]。
从国内情况来看，电解水制取氢气的规模占比约为3%。
但现有多数制氢技术都会造成大量的二氧化碳排放，而电解水制取氢气技术立足于未来碳中性乃至负碳，且技术相对成熟。
随着可再生能源尤其是太阳能和风能的成本下降，国际上越来越关注电解水制氢。
1 电解水制氢方式的基本原理在电极两端施加足够大的电压时，水分子将在阳极发生氧化反应产生氧气，在阴极发生还原反应产生氢气。
铂和氢气反应
铂和氢气反应铂(Pt)是一种珍贵的金属，它可以完全钴化，有很强的耐腐蚀性，在化工领域有着广泛的应用。
最近，与氢气反应有关的研究受到了国内外学者的广泛关注，得到了很多深入的研究。
铂与氢气反应是一个重要的化学反应，反应的本质是铂与氢气的化学反应，由于氢气的极性，它的特性使其能够与碱性氢气反应，从而产生氢氢物质。
在反应中，通过单重态氢原子和双重态氢原子的反应，可以形成氢桥，从而实现铂金属催化反应。
在铂和氢气反应中，反应过程可以分为三个阶段：活化铂(Pt)，氢-氢交换，以及氢桥形成。
在活化铂(Pt)阶段，铂(Pt)被活化，使其有能力与氢气反应。
在氢氢交换阶段，铂(Pt)通过单重态氢原子和双重态氢原子的反应产生水分子，形成氢的孤子，并释放出氢气。
最后，在氢桥形成阶段，两个孤子通过氢桥的形成实现了铂金属催化反应。
铂与氢气反应可以用来制备多种有用的有机物质，如氨基酸、碳氢化合物和有机酸类。
铂催化剂在这种反应中起着重要的作用，因为它可以大大提高反应的速度和效率，并且有利于改善产物的品质和稳定性。
除了提高效率外，铂催化反应还可以节省能源，因此受到化学家们的广泛重视。
此外，铂与氢气反应还可以用于氢载体制备燃料电池(FC)的催化剂。
氢载体燃料电池是一种清洁能源，它以安全、环保、高效的方式产生电能。
研究人员发现，铂催化剂可以有效地提高燃料电池的催化性能，提高燃料电池的抑制性能，减少甲烷氧化反应对燃料电池的影响。
综上所述，铂与氢气反应可以用来制备一系列有价值的有机物质，也可以用于制备高效的催化剂，在化工领域有着广泛的应用前景。
在未来几年，随着研究的进一步深入，铂与氢气反应将发挥更大的作用，为环保可持续发展提供更多的催化剂。
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科学家发现铂基催化剂能热还原水制氢
2016-05-05 13:04来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部
铂催化制氢
氢能源使用后生成水，属于完全无污染的清洁能源，一直是人们追求的目标。
而其中以水为原料的研究更是层出不穷，经过多年的发展，大致有以下几种方法制氢：电解水制氢、水煤气法制氢、由石油热裂的合成气和天然气制氢、焦炉煤气冷冻制氢、电解食盐水的副产氢、酿造工业副产、铁与水蒸气反应制氢。
但综合成本都太高，无法实现商业化。
光化学催化剂进入人们视野之后，引起了一段研究热潮。
通过选择合适的贵金属催化剂，在紫外光的照射下，能将水分解产生氢气。
遗憾的是，光化学催化剂对太阳光的利用率始终无法大幅提高，只能利用其中很少的紫外光波段。
近期，日本科学家利用铂基催化剂，在没有光照的情况下仅仅通过热还原即可分解水产生氢气，研究成果引起人们的强烈兴趣。
他们采用常见的超氧阴离子自由基源——甲基紫精做原料，与多种铂基络合物反应，诱使甲基紫精（MV 2+）电解还原成单电子的甲基紫精（MV +•），同时水分解生成氢气。
整个过程中铂化合物起了很强的催化作用。
这一研究或许为以水制氢提供了新思路。