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俄勒冈大学团队挑高双极膜催化水解离性能

(图片来源:greencarcongress)

盖世汽车讯 据外媒报道,俄勒冈大学钻研人员成功挑高双极膜的催化水解离性能。此项钻研为打造电化学装配挑供路线图,可受好于双极膜的关键特性,即在装配内部产生质子和氢氧根离子,并将这些离子直接供给电极,以生产最后的化学产品。

钻研人员Oener等人外示,在双极膜(BPM)中,共聚阳离子交换层(CEL)与阴离子交换层(AEL)相接触。其中,CEL层由固定阴离子基团和可移动阳离子构成,而AEL层由固定阳离子基团和可移动阴离子构成。当对BPM施添有余的偏压时,在AEL/CEL界面处会发生异溶性水解离,即H2O→H OH-,然后,H 议决CEL层, OH-议决AEL

双极膜技术展现于20世纪50年代,即在层状的离子交换聚相符物中心,夹着一个水解离催化剂层。这栽技术已经在工业周围幼周围行使,但是,原由必要在矮电流密度下进走操作,其进一步发展受到局限。

俄勒冈大学的化学和生丧生学系教授、俄勒冈州电化学中心创首负责人Shannon W.Boettcher外示,这些行使设备能够行使水和电产生氢气、从海水中捕获二氧化碳,或直接行使二氧化碳中生产碳基燃料。

主要钻研人员Sebastian Z.Oener外示,清淡来说,在整个体系中,诸如电池、燃料电池和电解槽等水基电化学设备在单一pH值下运走。该体系要么是酸性的,要么是碱性的。“所以,清淡必要行使腾贵的珍贵金属来催化电极逆答,如地球上最稀疏的金属之一铱;或者殉国催化剂活性,增补电化学逆答器所需的能量输入。双极膜能够在理想的pH环境中,对每栽电催化剂进走部门操作,从而克服这类题目。“

钻研团队行使一栽膜电极拼装,常见问题将聚相符物双极膜压缩在两个扎实的众孔电极之间。议决这栽手段,能够制作大量具有迥异水解离催化剂层的双极膜,并准确地测量每一层的活性。

钻研团队发现,每个催化剂层在双极膜连接处的实在位置,即双极膜中氢氧化物导电层和质子导电层之间的界面,会隐晦影响催化剂的活性。他们在此基础上,行使催化剂双层膜,打造性能卓异的双极膜,这栽双极膜能够将水基本别离,而不产生额外的能量亏损。钻研人员Shannon Boettcher称:”最令人惊讶的是,能够议决将迥异类型的催化剂层层叠添在一首,隐晦改善其性能。这很浅易,但还异国得到足够的追求。“

Oener说,第二个关键发现是,在双极膜内发生的水解离逆答,与电催化剂外观发生的逆答存在基础性有关,比如在基本pH条件下制造氢燃料时,能够从水分子中直接挑取质子。”这是稀奇的,以前电化学逆答中发生的各个步骤不能够别离。它们相互有关,包括电子和中心产物,并且不息进走。议决双极膜组织,吾们能够单独进走水解离的化学步骤,并进走单独钻研。“

他说,这一发现也能够改进电催化剂,用于从水中直接制造还原燃料的逆答,例如行使二氧化碳废气来制造氢气或液体燃料。

Boettcher说,这些发现挑供了试验性死板模型,能够掀开这个周围,并激发更众的钻研。现在,钻研人员正在为他们开发的双极膜技术申请专利。

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