【摘 要】
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微生物电解池产氢是解决能源危机的一项绿色能源技术,这项技术目前处于起步阶段,存在过电位高、产氢率低、反应器配置复杂、成本高等问题,故在实际应用中达到规模化成为挑战,因此开发价格便宜、稳定性好、高导电性的析氢催化剂来降低阴极过电位是十分必要的。本文开发了两种阴极催化剂―Ni-Mo-P和Mo3N2,通过物理表征、电化学测试和产氢效率等对其析氢性能进行评估,具体内容如下:1、以泡沫镍为基底,通过水热―磷
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微生物电解池产氢是解决能源危机的一项绿色能源技术,这项技术目前处于起步阶段,存在过电位高、产氢率低、反应器配置复杂、成本高等问题,故在实际应用中达到规模化成为挑战,因此开发价格便宜、稳定性好、高导电性的析氢催化剂来降低阴极过电位是十分必要的。本文开发了两种阴极催化剂―Ni-Mo-P和Mo3N2,通过物理表征、电化学测试和产氢效率等对其析氢性能进行评估,具体内容如下:1、以泡沫镍为基底,通过水热―磷化两步处理工艺在泡沫镍上原位生长了均匀分布的Ni-Mo-P-3纳米棒材料,在碱性、中性溶液中测试其析氢性能,达到10 m A cm-2的电流密度分别需要77 m V和122 m V的过电位。将Ni-Mo-P-3作为阴极催化剂应用于微生物电解池装置中测试其产氢效率,在0.8 V电压下碱性溶液中库伦效率（CE）、阴极氢气回收率(Rcat)、氢气生产速率(QH2)分别为CE=81.45±0.01%、Rcat=64.63±2.77%、QH2=0.0966 m~3 m-2 d-1,而在中性溶液中CE=98.30±3.59%、Rcat=69.18±2.77%、QH2=0.135 m~3 m-2 d-1。Ni-Mo-P催化剂导电性高、催化活性好、产氢效率高,是应用于产氢有发展前景的催化材料。2、通过研磨―高温煅烧的方式合成了Mo3N2-700催化剂。对其进行电化学析氢性能测试,结果显示在碱性、中性、酸性溶液中达到10 m A cm-2的电流密度分别需要102 m V、194 m V和262 m V的过电位,表明Mo3N2-700在碱性环境中有最好的析氢活性。不仅如此,对其进行12 h的稳定性测试,结果显示测试前后析氢性能变化不大,表明Mo3N2-700催化剂具有优异的析氢稳定性。将Mo3N2-700作为MECs阴极得到的各项产氢效率指标显示,在0.8 V电压下碱性溶液中库伦效率（CE）、阴极氢气回收率(Rcat)、氢气生产速率(QH2)分别为CE=71.47±0.71%、Rcat=46.69±1.24%、QH2=0.0525 m~3 m-2 d-1,在中性溶液中各产氢效率分别为CE=86.72±0.71%、Rcat=49.33±2.97%、QH2=0.0575 m~3 m-2 d-1。Mo3N2-700催化剂稳定性好、成本低,因此该催化剂适合实际应用。
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