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海水電解陽極腐蝕機(jī)理研究獲進(jìn)展

2023-08-23 16:05:30 作者：腐蝕與防護(hù) 來源：腐蝕與防護(hù) 分享至：

利用海水替代淡水進(jìn)行電解制氫被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)的技術(shù)。目前，海水電解存在著陽極穩(wěn)定性差的問題，制約了其進(jìn)一步的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)海水中高濃度的Cl^-會(huì)造成陽極的嚴(yán)重腐蝕，導(dǎo)致電極快速失效。因此，科學(xué)家設(shè)計(jì)了許多具有抗Cl^-腐蝕層的催化劑來提高的鎳基陽極的穩(wěn)定性。然而，這些耐Cl^-腐蝕的陽極在堿性海水中測試的穩(wěn)定性明顯低于堿性模擬海水（0.5 M NaCl）。因而探明海水中其他化學(xué)成分對陽極穩(wěn)定性的不利影響對于提升陽極壽命、實(shí)現(xiàn)海水電解的工業(yè)化應(yīng)用至關(guān)重要。

近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所氫能實(shí)驗(yàn)室研究員陸之毅帶領(lǐng)的電化學(xué)環(huán)境催化團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中國科學(xué)院海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員汪愛英帶領(lǐng)的碳基薄膜與涂層技術(shù)團(tuán)隊(duì)，基于前期對海水電解陽極穩(wěn)定性的研究，在海水電解陽極腐蝕機(jī)理研究方面取得了新進(jìn)展。

要點(diǎn)1：試驗(yàn)和模擬結(jié)果表明，Cl⁻局部腐蝕，形成窄深凹坑，而Br⁻廣泛蝕刻，形成淺寬凹坑，這可歸因于Cl⁻的快速擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)和Br⁻的較低反應(yīng)能。鈍化層。

要點(diǎn)2：對于表面負(fù)載催化劑（例如NiFe-LDH）的鎳基電極，Br⁻會(huì)導(dǎo)致催化劑層廣泛剝落，導(dǎo)致性能快速下降。

這項(xiàng)工作清楚地指出，除了抗Cl⁻腐蝕之外，設(shè)計(jì)抗Br⁻腐蝕陽極對于海水電解的未來應(yīng)用更為關(guān)鍵。因?yàn)殇寤镏械哪透g性比氯化物中的耐腐蝕性差且腐蝕動(dòng)力學(xué)更快。

▲ 鎳基底在含Cl^-和含Br^-溶液中的腐蝕過程

▲NiFe-LDH/泡沫鎳陽極在含Cl^-、含Br^-溶液和海水中的腐蝕

該研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、寧波市“甬江引才工程”科技創(chuàng)新/創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、浙江省研發(fā)計(jì)劃先導(dǎo)項(xiàng)目、寧波市科技創(chuàng)新2025重大專項(xiàng)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金和寧波市自然科學(xué)基金的支持。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在Nature Communications上（DOI：10.1038/s41467-023-40563-9）。