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如何合理地评估电化学水分解的性能?

时间:2018-08-02 19:57:34来源:Material Views

 电化学水分解包含电化学产氢(hydrogen evolution reaction)和产氧(oxygen evolution reaction)这两个基础反应。该领域中,基于电极宏观面积的电流密度10mA cm-2geo是一个非常重要的性能指标。几乎所有的科研论文都要用达到10 mAcm-2 geo时所需的过电势(η@10 mAcm-2geo)来评价电化学产氢或产氧催化剂的性能。那么这个标准究竟源自何处,η@10mA cm-2 geo的实际意义是什么,它又是否可以合理地反映催化剂的本征活性?

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近日,新加坡南洋理工大学徐梽川课题组对η@10 mA cm-2 geo这个参数的来龙去脉以及适用范围进行了简要刨析。10 mA cm-2 geo源自于人工光合作用领域(artificial photosynthesis)。10%的光能-氢能转化率是开发人工光合作用器件的标杆,而这一转化率恰恰对应着~10 mA cm-2 geo这一电流密度。由于电化学水分解是人类实现人工光合作用蓝图的重要组成部分,10 mA cm-2 geo亦被用于评估电化学水分解的器件性能。但是,η@10 mA cm-2 geo并不能体现出催化剂的本征活性。原因之一是η@10 mA cm-2 geo很大程度上是由催化剂的负载量决定。放很多催化剂在电极上,η@10 mA cm-2 geo自然就小。第二个原因是,基于电极宏观面积的电流密度10 mA cm-2 geo忽视了电化学催化是一个表面过程。催化剂的本征活性应该由一个基于催化剂表面的参数来体现,例如活性位点的数量或者催化剂的表面积。

因此,基于电极宏观面积的电流密度10 mA cm-2 geo适用于评价电解水器件的性能,而不适用于评价电极上所负载催化剂材料的本征活性。在涉及到研究催化剂本征活性的时候,例如当我们试图解释为什么不同的催化剂拥有不同活性的时候,基于活性位点数量或者催化剂表面积的电流密度才是合理的评价标准。当然,高效的电解水器件才是这一研究领域的终极应用目标。相关评论性综述文章发表在Small MethodsDOI: 10.1002/smtd.201800168)上。

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