金属磷化纳米材料做电解水析氢材料的研究现状
电解水制氢技术的研究现状与未来发展趋势
电解水制氢技术的研究现状与未来发展趋势随着环保意识的逐步提高，能源领域的发展也引起了人们的广泛关注。
其中，氢能作为一种纯净、高效的能源形式，备受瞩目。
然而，氢能的制取过程中，电解水制氢技术成为了人们广泛探索的领域。
本文将围绕该技术的研究现状和未来发展趋势进行探讨。
一、电解水制氢技术的定义和原理电解水制氢技术是指利用电能驱动水的电解反应，使水中的氢与氧分离，从而获得纯度高、质量稳定的氢气。
其反应原理为：2H2O（液态水）→ 2H2(g) + O2(g) （气态氢气和氧气）。
其中，反应需要的能量主要通过外部电源提供，电解过程中的电流可以通过输入/输出的能量来测量反应效率。
二、电解水制氢技术的研究现状目前，国内外学者已经开展了广泛的电解水制氢技术研究。
传统电解水制氢技术主要分为两类：酸碱电解水制氢和高温固体氧化物电解水制氢。
1、酸碱电解水制氢技术酸碱电解水制氢技术是指通过酸性、碱性电解质来促进水的电解反应，其中较为成熟的是碱性电解水制氢技术。
碱性电解水制氢技术具有以下优点：反应速度快、占用资源少、具有较高的反应效率和稳定性等。
目前，市面上的电解水制氢设备大多采用碱性电解水制氢技术。
2、高温固体氧化物电解水制氢技术高温固体氧化物电解水制氢技术是一种新兴的电解水制氢技术，主要利用高温固体材料来作为电解质，在高温、高压等极端条件下完成电解反应。
其具有反应效率高、氢氧离子传导性能好等优点，受到了广泛研究的关注。
三、电解水制氢技术发展趋势电解水制氢技术的发展趋势主要体现在以下两个方面：1、提高氢气产率和减少成本提高氢气产率和降低制氢成本是当前电解水制氢技术研究的热点。
研究人员通过优化电解反应装置、调整电解液质量、控制电解过程参数等多种方法，提高了电解水制氢反应的效率，并逐步降低了其成本。
2、开发新型电解水制氢技术目前，科技研究人员正在不断开发新型的电解水制氢技术，以进一步提高电解水制氢效率，减少成本。
比如，利用高效的电解质材料和反应催化剂，探索新型电化学反应机制等等。
镍基磷化物复合材料在催化电解水析氢性能提升方面的研究进展
镍基磷化物复合材料在催化电解水析氢性能提升方面的研究进
展
周旋;李梦锐;陈一尘;樊辉强;王宾;袁刚
【期刊名称】《无机盐工业》
【年(卷),期】2024(56)4
【摘要】镍基磷化合物因其自身的类氢化酶电子结构和其出色的稳定性被证明具有良好的电解水析氢能力。
单金属磷化物因其本征活性不足、导电性不高及稳定性较差等问题,使其在实际应用上受到了限制。
综述了结构新颖、性能优异和稳定性高的镍基磷化物复合材料的研究进展,总结和分析了通过杂原子掺杂、形貌调控、结合自支撑材料和复合新型材料(碳纳米管、石墨烯、石墨炔、二维材料MXene)等方式在调控催化材料的电子结构、微观形貌、促进长时间电解稳定性、增大比表面积和提高导电性方面提升电解水析氢性能的研究成果。
为探索催化活性高和结构稳定兼备的新型镍基磷化物复合材料提供研究方向。
【总页数】9页(P8-15)
【作者】周旋;李梦锐;陈一尘;樊辉强;王宾;袁刚
【作者单位】安徽理工大学化工与爆破学院
【正文语种】中文
【中图分类】O643.3
【相关文献】
1.基于铁、钴、镍金属磷化物纳米催化剂的碱性条件下电解水制氢的研究进展
2.过渡金属磷化物的制备及电催化析氢性能提升策略
3.过渡金属磷化物用于电解水析氢反应的研究进展
4.三维有序介孔镍铁磷化物的制备及电解水析氢性能研究
5.镍基磷化物在碱性电解水析氢反应中的研究进展
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电解水制氢技术的发展现状和未来趋势
电解水制氢技术的发展现状和未来趋势随着气候变化和环境污染的日益严重，人们越来越迫切地需要一种环保、高效、可再生的能源。
作为最轻且常见的元素之一，氢气已成为备受瞩目的可再生能源。
而电解水制氢技术作为一种重要的氢气生产方式，其正在受到越来越多的关注和研究。
本文将介绍电解水制氢技术的发展现状和未来趋势。
一、电解水制氢技术的发展历程电解水制氢技术是一种利用电能将水分解成氢气和氧气的技术。
它最早出现在19世纪初，当时科学家们研究电解质溶液的电化学性质时发现，有些质子会从水中游离出来，形成氢气。
但是当时的技术条件还不够成熟，电解水制氢的效率很低，实用性不高。
到了20世纪60年代，随着科技的不断进步，电解水制氢技术得到了快速的发展。
电解水制氢的效率也大大提高，从最初的10%左右提高到了现在的80%以上。
新材料和新工艺的不断研究和应用，也进一步推动了电解水制氢技术的发展。
二、电解水制氢技术的现状电解水制氢技术的现状主要包括以下几个方面。
1. 成本问题电解水制氢技术的成本一直是制约其发展的重要因素。
目前，电解水制氢的成本主要来自电能和水的成本。
电能成本占到了总成本的70%以上，因此如何降低电能成本是制约电解水制氢发展的关键。
2. 效率问题电解水制氢技术的效率对其应用范围和经济性有重要影响。
目前，电解水制氢的效率已经达到了80%以上，但是相比于燃料电池等氢气利用技术，仍有一定的提升空间。
如何提高效率，降低成本，是当前研究的重点之一。
3. 储氢问题电解水制氢技术生产的氢气需要储存，但是氢气是一种高压、易燃易爆的气体，储存和运输成本高、风险大。
因此，如何进行高效、安全的氢气储存和运输，成为制约电解水制氢技术应用和发展的关键。
三、电解水制氢技术的未来趋势1. 深度耦合技术将电解水制氢技术与其他技术深度耦合，是未来电解水制氢技术发展的重要方向。
比如将电解水制氢技术与风能、太阳能等可再生能源相结合，可以实现更低成本、更高效率的氢气制备。
铁镍磷化物电极材料的制备及电催化析氢性能
铁镍磷化物电极材料的制备及电催化析氢性能 铁镍磷化物的制备方法多种多样，常见的制备方法包括水热法、溶胶-凝胶法、电化学沉积法等。水热法是一种简单易行、操作方便的制备方法，常用于制备铁镍磷化物纳米颗粒。该方法一般以铁镍盐和磷酸盐为原料，在碱性条件下加热反应得到产物。水热法制备的铁镍磷化物具有较高的比表面积和结构可调性，可以通过改变合成条件来调节其形貌和晶型。
溶胶-凝胶法是一种通过溶胶聚合和凝胶形成的方法合成纳米颗粒。该方法常用于制备铁镍磷化物薄膜或纳米线。溶胶-凝胶法的基本步骤主要包括前驱体溶液的制备、凝胶形成和热处理。通过控制前驱体的浓度、pH值和温度等条件，可以调节产物的形貌和晶相结构。
电化学沉积法是一种利用电化学方法在电极表面上沉积材料的方法。该方法常用于制备铁镍磷化物薄膜。电化学沉积法的关键是选取合适的电解质和电沉积条件。一般来说，选择铁、镍盐和磷酸盐作为电解质，在恒定电流或电位的作用下，铁镍磷化物可以在电极表面上电沉积形成。
铁镍磷化物的电催化析氢性能与其化学组成、晶相结构和表面形貌密切相关。铁镍磷化物晶体结构常见的有尖晶石结构、多晶结构和非晶结构等。研究表明，尖晶石结构的铁镍磷化物具有较高的电活性和稳定性，可以有效催化水的电解析氢反应。而多晶结构和非晶结构的铁镍磷化物则具有更高的比表面积和更丰富的活性位点，可提高催化活性。
铁镍磷化物的电催化析氢性能还受到电极材料的形貌和表面修饰的影响。研究表明，纳米颗粒或纳米线形态的铁镍磷化物具有更高的比表面积和更好的质子透过性能，可提高电化学催化活性。而表面修饰如金属或金属氧化物的负载、杂原子掺杂、表面官能团修饰等措施都可以调节铁镍磷化物电极材料的界面催化性能，提高析氢活性和稳定性。
铁镍磷化物电极材料的制备及电催化析氢性能
铁镍磷化物电极材料的制备及电催化析氢性能 铁镍磷化物电极材料是一类具有良好电催化氢析性能的新型电极材料，其在氢能产业中具有广阔的应用前景。本文将介绍铁镍磷化物电极材料的制备方法以及其在电催化析氢方面的性能研究。
1. 化学合成法 铁镍磷化物电极材料的制备最常用的方法是通过化学合成法合成。该方法首先在水溶液中加入铁、镍盐和磷酸，混合后在温度为100-200℃的加热条件下反应。反应后沉淀的产物经过洗涤、干燥，得到铁镍磷化物电极材料。
2. 气相沉积法 气相沉积法（CVD）是一种通过在反应器中加热前体金属气体，通过物理或化学反应沉积在基片表面的制备方法。该方法最主要的优点是能够得到薄膜结构的铁镍磷化物电极材料。然而，该方法需要高昂的实验条件和昂贵的设备，因此并不适合大规模工业化应用。
3. 其他方法 如溶胶-凝胶法、水热反应法、电化学沉积法等也可以制备铁镍磷化物电极材料。这些方法不仅能够制备出高性能的铁镍磷化物电极材料，还具有操作简便，成本低廉等优点。然而需要根据具体情况来选择制备方法，因为不同的制备方法通常会影响电极材料的结构、物理和化学性质。
1. 氢析出电位 氢析出电位是评估电催化水解的一个重要指标。铁镍磷化物电极材料的氢析出电位通常在-0.8到-1.0V之间。该特性表明，铁镍磷化物电极材料是一种优异的电催化析氢材料。
2. 电化学活性 比表面积和孔隙结构是影响电化学活性的重要因素。铁镍磷化物电极材料的比表面积和孔隙结构对其电化学活性具有重要影响。实验表明，铁镍磷化物电极材料的比表面积越大，电化学活性越高。
3. 电解水效率 电解水效率是评估电催化水解的指标之一。实验表明，铁镍磷化物电极材料的电解水效率越高，其在水催化产氢中的应用前景越广。
4. 抗氧化性 抗氧化性是电催化析氢材料必须具备的重要特性之一。实验表明，铁镍磷化物电极材料能够长时间保持其电催化析氢性能，这与其较好的抗氧化性密切相关。
电解水制氢技术的发展现状与未来展望研究
电解水制氢技术的发展现状与未来展望研究随着气候变化和能源消耗的不断加剧，人们对氢能技术的关注度越来越高。
而电解水制氢技术则是氢能技术中最具前景的一种。
电解水制氢技术的发展对于氢能产业的发展来说具有举足轻重的地位，因此本文将围绕电解水制氢技术展开探索，分析电解水制氢技术的发展现状与未来展望。
一、电解水技术发展历程与现状电解水技术是一种将水分子中的氢和氧分离,从而产生氢气和氧气的过程。
电解水技术的历史可以追溯到两个世纪前,当时英国化学家 William Nicholson 将电流通过水来分离出氢和氧。
然而，电解水技术长期以来并未得到广泛应用，主要是因为不同的技术路线、材料和设备之间的差异较大，而且设备成本较高，能源消耗也较大。
这种情况在最近的十年里有所改变，随着科学技术的不断发展，不断涌现出更加高效、具有经济性和可持续性的电解水技术。
其中，以固态氧化物电解池技术(Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC) 为代表的高温电解水技术已经被广泛应用。
SOEC 技术在高温下电解水，不仅具有较高的转化效率和输出效率，而且可以直接使用余热，从而减少能源消耗。
而且采用 SOEC 技术也可以提高电解水制氢的安全性，有效避免氢气泄漏和爆炸等危险。
二、未来电解水技术发展趋势随着氢能技术的不断发展，电解水制氢技术发展的前景日益广阔。
下面我们将就电解水技术的未来发展趋势做出展望：1. 电解水技术正在向高效、低能耗的方向发展。
未来的电解水技术将不仅要提高转化效率和输出效率，还要注重设备高效、可持续、寿命长等方面的优化。
2. 电解水技术的规模化生产将逐渐成为趋势。
随着科技的不断发展，生产设备规模会越来越大，成本和能源消耗会越来越低，同时也使得电解水制氢技术的产量大大增加。
3. 电解水技术和其他技术的结合将是未来的重点之一。
比如利用风能、太阳能等新能源发电，然后再利用电能进行电解制氢。
此外，还可以采用氨分解法、生物发酵等技术与电解水技术相结合，实现多元化的制氢。
ZnO纳米材料在光电解水领域的研究进展
ZnO纳米材料在光电解水领域的研究进展作者：刘泽冲来源：《新材料产业》 2017年第7期一、光电解水制氢简介氢是一种热值很高的清洁能源,其完全燃烧的产物——水不会给环境带来任何污染，而且放热量是相同质量汽油的2.7倍。
因而开发低能耗高效的氢气生产方法,已成为国内外众多科学家共同关注的问题。
但是，大规模、低成本的生产、储存、运输氢气已经遇到了很大困难。
目前获取氢气的方法主要是热裂解石油气，这种方法耗能高、污染大。
另外，常温常压下储存高质量密度的氢气仍非常困难。
与传统的以汽油为燃料的内燃机相比，燃料电池的价格仍过高。
尽管面临着种种挑战，氢气做为一种清洁能源，在生产、储存、应用等方面仍持续受到关注。
在产氢方面，发展低成本的材料和技术至关重要。
自从日本的Fujishima 等于1972年首次发现在近紫外光（380nm） ,金红石型二氧化钛（TiO 2 ）单晶电极能使水在常温下分解为氢气（H 2 ）和氧气（O 2 ）以来，揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，科学家称这种仅用阳光和水生产出氢和氧的技术为“人类的理想技术之一” 。
从太阳能利用角度看，光解水制氢主要是利用太阳能中阳光辐射的紫外光和可见光部分。
目前，光解水制氢主要通过光电化学技术（Photoelectrochemistry,PEC）和光催化技术(Photocatalysis)。
光电化学制氢是通过光阳极吸收太阳能并将光能转化为电能。
光阳极通常为光半导体材料，受光激发可以产生电子-空穴对。
光阳极和对电极组成光电化学池，在电解质存在下光阳极吸光后在半导体导带上产生的电子通过外电路流向对极，水中的质子从对极上接受电子产生氢气将光半导体微粒直接悬浮在水中进行光解水反应。
半导体光催化在原理上类似于光化学电池，细小的光半导体微粒可以被看作一个个微电极悬浮在水中，像光阳极一样起作用，所不同的是它们之间没有像光电化学电池那样被隔开。
这种技术大大简化了半导体光催化分解水制氢体系，但是，光激发在同一个半导体微粒上产生的电子-空穴对极易复合，不但降低了光电转换效率，同时也影响光解水同时放氢、放氧。
磷化钴催化剂，低成本以水制氢，氢气燃料将取之不尽
磷化钴催化剂，低成本以水制氢，氢气燃料将取之不尽其次是氢气的来源。
由于氢气的密度较低，自然界产生的氢气会浮在大气上层，飘到外太空。
科学界采用催化分解水制备氢气的方法，其中的一种解决方案是以贵金属为催化剂电解水。
贵金属作为一种货币，其价格的影响因素较多，再加上国际贵金属市场比较动乱。
因此，有科学家在思考有没有一种非贵金属、低成本的催化剂？近日，斯坦福大学化学工程系和美国能源部的SLAC国家加速器实验室的Thomas F. Jaramillo教授团队在国际顶级期刊Nature子刊《Nature Nanotechnology》发表名为“A non-precious metal hydrogen catalyst in a commercial polymer electrolyte membrane electrolyser”的研究文章。
该团队制备一种廉价的磷化钴（CoP）催化剂，其催化水制氢气的性能可与贵金属—铂相媲美，可实现在商业环境中产生氢气并实现氢气燃料电池的商业化应用。
图片来源：斯坦福大学官网研究预览：该团队合成了一种低成本、非贵金属的磷化钴（CoP）催化剂，实现了从1 cm2实验规模的尺寸到86 cm2的商业规模聚合物电解质膜（PEM）电解槽的转换。
该团队只需要两步即可完成催化剂的制取：第一步在高比表面积碳载体上生成催化剂磷化钴（CoP）；第二步将它们集成到工业PEM电解槽制造过程中。
在相同的工作条件（400 psi，50°C）下，比较CoP基PEM与铂基PEM的性能：实验结果表明CoP催化活性特别高且稳定性较好，能够在1.86 A cm-2的模板上连续制氢时间超过1700小时。
该团队的研究成果表明，在相同的性能下，催化剂磷化钴（CoP）可节省大量材料成本，同时也说明了过去几十年来开发的非贵金属的氢气析出催化剂转化为商业应用的潜在途径。
该研究最重要的元素之一是扩大磷化钴催化剂的产量，同时保持其非常均匀-该过程涉及在实验室工作台上合成原材料，用研钵和研杵研磨，在炉中烘烤以及最后将细的黑色粉末变成墨水，然后将其喷在多孔碳纸上。
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金属磷化纳米材料做电解水析氢材料的研究现状
氢能，它被视为21世纪最具有发展潜力的清洁能源，虽然人类在200多年前就对它产生了兴趣，但
直到20世纪末，中国乃至世界其他国家的科学家才对其开展广泛的研究。氢能，它拥有燃烧热值高，燃烧
产物是水，并且燃烧高效、清洁、是一种理想的可再生能源；它的资源非常丰富、且易储存、能量密度也
非常的高、燃烧之后的产物是水，能够循环利用、持续发展。但是，随着世界各国能源危机、环境不断的
被污染、被破坏等问题的日益突出，人类就迫切希望研究一种可再生能源来解决这个矛盾，因此，电解水
析氢就是在这样的背景下得到不断的研究和探讨。而金属磷化物纳米材料作为一种非金属材料，具有储量
丰富、价格也比较低廉，且具有较低的析氢过电位，所以用它来做电解水析氢材料的研究是一种不错的选
择。
关键词：氢能金属磷化纳米材料可再生能源电解水析氢
金属磷化纳米材料，它拥有半导体性、超导性、铁磁性及优良的催化活性等等一系列的物理、化学特
性。它广泛应用于各种领域，如工业催化、电池研究材料、光电子器件等。通过大量实验研究对比发现，
金属磷化纳与其他金属、金属氧化物等之间相互比较，在控制合成、相关性、活性等方面都具有很大的优
势。因此，可以通过不同的制备方法，合成出结构新颖、并且性能也非常优异的金属磷化纳米材料，来研
究其形状结构、还有析氢能力。
金属磷化纳米材料的合成方法包括：气相合成法、液相合成法、固相合成法三种。它的化学反应线路
包括：元素直接反应法、有机溶剂中元素之间相互交换反应法、金属里面的有机分子前驱物沉淀反应方法
及液相烷基消除反应法等等一系列反应方法。
下面介绍几种一维机构生长的原理，来研究金属磷化钠米材料做电解水析氢的方法。
（1） 模板法：这种方法非常的简单、方便、易行。它是让目标材料按照模块的样式、形状、结构进行
生长，从而获得与模板一模一样的金属磷化纳米材料结构。这种方法可以简单的分为两种：软模
板法、硬模板法。比如：空心磷纳米管可作为硬的模板来提供纳米结构生长所需要的管道支撑，
在非常高的温度下，气体前驱物质就在磷纳米管道内进行化学反应，从而产生所需要的金属磷化
纳米物。软模板的方法，它是由表面的活性剂及聚合物分子，在不同的溶液中，按照一定的规律、
有序的组成所需要的金属磷化纳米物质结构，如胶束物质等等，从而起到一种模板的作用。
（2） 氧化物协助生长的方法：它主要是利用氧化物协助来生长金属磷化纳米线的一种方法。香港中文
大学等教授利用这种方法和原理，已经做了很多非常有成效的研究。把制备的P纳米线最外面一
层用磷氧化物进行覆盖、且全部被包围，当P和磷氧化物通过接触，发生一种混合反应，然后把
它放置到反应炉子的高温地方，用热蒸的方法作为诱导生长的因子，从而获得磷氧化物包围的P
单晶体纳米线管等等。
（3） 液体与溶液与固体生长的方法：这种方法的最大优点是：能够在低温环境中，通过溶液之间的相
互反应来制备金属磷化纳米半导体材料。通过加热有机溶剂，然后利用产生的回流，金属有机氧
化物与磷等非金属发生一种沉淀的化学反应，从而生成金属磷化纳米化合物。
（4） 气体与液体与固体之间生长的方法：这种方法包括气体、液体与固定这三相，并且也包括液体相
催化剂、固体之间相互结晶的产物、气体相之间相互反应的产物。由于固体、液体之间的界面是
磷晶体生长活性非常高的区域，后续析出来的P晶体依然在这个界面不断生长，并且通过这种方
法生长出来的P晶须很自然的就按照一维晶体结构来生长，因此，此种方法得到广泛应用。
通过这些方法得到的金属磷化纳晶体的结构、物相、还有纯度都是非常的好。
下面介绍用金属磷化纳米材料来做电解水析氢的过程：（1）、它主要利用有机P溶剂通过加热的方法，然
后合成出金属磷化纳米棒，这种磷化纳米棒具有非常好的、性能也非常高的制氢反应电催化活性。在含有
酸性的溶液中，电流的密度大概为19毫安-1.5处，这时过电位(η21)就能够达到170毫伏，这是符合析氢
反应原理的；在含有碱性的溶液之中，η19值为170毫伏。通过长期实验数据观察、以及稳定性能的测试，
可以很确切的知道金属磷化纳米材料在酸性、碱性溶液之中，稳定性能都是非常的好。与之前研究出来的
非金属制氢催化剂之间相互作比较，这种金属磷化纳米材料催化剂有机会在析氢这个领域得到人们的追捧。
（2）、目前，科学家通过对有机P溶剂溶液加热法的全面的、系统的研究，分别探讨了能够发生反应所需
要的温度、以及保持温度所需要的时间、磷的来源、溶剂等4个因子对金属磷化纳米材料的性能、形状的
大概影响。最后，选用了金属磷化纳米材料作为电解水析氢的材料。（3）、科学家为了能够得到更低的制氢
过电位，他们通过精心设计、并合成出来拥有比较大比表面积的金属磷化纳米线物质。这种物质通过把水
进行加热反应，然后利用 NaH2PO2·H2O，在低温度下，通过磷化作用而合成出来、并且覆盖在C纸表
面上的金属磷化纳米线物质。该磷化纳米材料的长度大于39微米，并且宽度在210-310纳米之间。在含
有酸性的溶液之中，这种物质的起始电位为39毫伏，η19值为89毫伏，塔菲尔的斜率为59.2mv/dec。
金属磷化纳米材料在含有酸性的溶液中，稳定性非常之好。与之前媒体广泛报道的非金属制氢催化剂技术
之间相互比较，这种催化剂的应用前景是非常可喜的。
氢能，它作为一种可再生的能源，得到了全球的广泛关注。但是，在现阶段的许多析氢技术之中，因
电解水析氢的操作非常之简单、并且成本也非常的低廉、具有环保无污染等一系列的优点，因此，这种析
氢技术被人们认为是最具有发展潜力的。高效的、快速的制氢电极材料，它应该是具有良好的导电性能、
析氢过电位也要低、电催化活性也要非常的高、抗腐蚀性也要非常的强等一系列特性。就现阶段而言，科
学家发现金属磷化纳米材料是非常好的电催化制氢材料，但是，由于其非常稀缺、且成本也比较贵，故制
约了其商业上的大量应用，这就迫切希望科学家来研究、开发新的且价格便宜、催化活性也非常高的电催
化剂。
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