Tiêu chí thiết kế, điều kiện hoạt động và vật liệu xúc tác Hydroxide Nickel–Sắt cho quá trình điện phân nước biển chọn lọc
Tóm tắt
Nước biển là một nguồn tài nguyên nước phong phú trên hành tinh của chúng ta và việc điện phân trực tiếp nước biển có lợi thế không cạnh tranh với các hoạt động cần nước ngọt. Tính chọn lọc oxy là một thách thức khi thực hiện điện phân nước biển do các phản ứng oxi hóa clorua cạnh tranh. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đề xuất một tiêu chí thiết kế dựa trên các cân nhắc nhiệt động lực học và động học, xác định các điều kiện kiềm là ưu việt để đạt được tính chọn lọc cao cho phản ứng phát sinh oxy. Tiêu chí này chỉ ra rằng các xúc tác duy trì dòng điện hoạt động mong muốn với mức quá điện áp <480 mV trong điều kiện pH kiềm có khả năng tốt nhất để đạt được 100 % tính chọn lọc oxy/hydrogen. Hydroxide nickel–sắt đa lớp được chứng minh là đáp ứng tiêu chí này ở pH 13 trong điện phân giả lập nước biển. Xúc tác này được tổng hợp bằng phương pháp solvo–nhiệt và hoạt tính, hóa học redox bề mặt, và độ ổn định đã được kiểm tra điện hóa học trong điều kiện kiềm và gần trung tính (đệm borat ở pH 9.2), cũng như trong cả hai điều kiện nước biển tươi. Độ dốc Tafel tại các mật độ dòng điện thấp không bị ảnh hưởng bởi pH hay sự hiện diện của clorua. Mặt khác, sự thêm vào của các ion clorua có ảnh hưởng đến sự tiến triển theo thời gian của đỉnh khử nickel và cả hoạt tính lẫn độ ổn định tại các mật độ dòng điện cao ở pH 9.2. Hiệu suất Faradaic gần 100 % dưới các điều kiện hoạt động được dự đoán bởi các tiêu chí thiết kế của chúng tôi đã được chứng minh bằng phương pháp khối phổ điện hóa tại chỗ.
Từ khóa
#nước biển #điện phân #xúc tác #hydroxide nickel-sắt #tính chọn lọc oxyTài liệu tham khảo
Hong W. T., 2015, Energy Environ. Sci., 8
WorldChlorineCouncil. Available fromhttp://www.worldchlorine.org/wp-content/themes/brickthemewp/pdfs/sustainablefuture.pdf.
C. Egenhofer L. Schrefler V. Rizos F. Infelise G. Luchetta F. Simonelli W. Stoefs J. Timini L. Colantoni Centre for European Policy Studies 2014 p. 25.
EuroChlor 2012 p. 48. Available fromhttp://www.eurochlor.org/media/63146/2012-annualreview-final.pdf.
2015, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 96th ed.
Bard A. J., 2001, Electrochemical methods : fundamentals and applications, 2nd ed.