研究背景

随着全球对清洁能源需求的日益增长，氢能作为一种高效、环保的能源载体受到了广泛关注。然而，传统的水电解制氢过程中，阳极碳氧化反应（COR）的限制成为了提高氢气生产效率的主要障碍。社会性话题如能源危机和环境污染进一步凸显了开发高效、低成本制氢技术的紧迫性。因此，如何通过技术创新优化碳电极的性能，从而提升碳辅助水电解制氢的效率，成为了当前研究的热点问题。

研究内容

本研究在《Fuel》期刊上发表的论文《F-doped self-supporting carbon electrode to improve carbon–water reaction assisted electrolysis of water for hydrogen production》中，提出了一种通过掺杂氟原子来调节碳电极电子结构的新方法。研究团队选用高活性生物质作为基础碳源，并通过引入异质原子（S、N、F）来调控碳原子的电子结构。实验结果显示，当引入氟原子后，掺氟生物炭（F-BC-850）在10 mA∙cm−2的电流密度下，其能耗仅为生物炭（BC）的71%和传统Pt阳极的32.4%，显著降低了氢气生产的能耗。通过物理化学表征和密度泛函理论（DFT）计算，研究证实氟掺杂能够影响相邻碳原子，增强H₂O分子的吸附和分解，以及随后•OH自由基的吸附，从而增加了受影响碳的间接氧化。

研究意义

这项研究的创新之处在于通过掺杂氟原子来优化碳电极的电子结构，从而显著提高了碳辅助水电解制氢的效率。该方法不仅降低了制氢过程中的能耗，还为开发低成本、高效的制氢技术提供了新的思路。此外，该研究成果对于推动氢能产业的发展，促进清洁能源的广泛应用具有重要的现实意义。通过这种技术创新，未来有望在更广泛的能源转换和存储领域得到应用，为解决全球能源和环境问题提供有力支持。

本文转自：论论资讯 ｜ 2024-08-02 ｜https://www.lunlunapp.com/newsDetails/79f649a1067b7d5dc1d29ca2d48a3f26