金属磷化纳米材料做电解水析氢材料的研究现状

电解水制氢技术的研究现状与未来发展趋势随着环保意识的逐步提高，能源领域的发展也引起了人们的广泛关注。

其中，氢能作为一种纯净、高效的能源形式，备受瞩目。

然而，氢能的制取过程中，电解水制氢技术成为了人们广泛探索的领域。

本文将围绕该技术的研究现状和未来发展趋势进行探讨。

一、电解水制氢技术的定义和原理电解水制氢技术是指利用电能驱动水的电解反应，使水中的氢与氧分离，从而获得纯度高、质量稳定的氢气。

其反应原理为：2H2O（液态水）→ 2H2(g) + O2(g) （气态氢气和氧气）。

其中，反应需要的能量主要通过外部电源提供，电解过程中的电流可以通过输入/输出的能量来测量反应效率。

二、电解水制氢技术的研究现状目前，国内外学者已经开展了广泛的电解水制氢技术研究。

传统电解水制氢技术主要分为两类：酸碱电解水制氢和高温固体氧化物电解水制氢。

1、酸碱电解水制氢技术酸碱电解水制氢技术是指通过酸性、碱性电解质来促进水的电解反应，其中较为成熟的是碱性电解水制氢技术。

碱性电解水制氢技术具有以下优点：反应速度快、占用资源少、具有较高的反应效率和稳定性等。

目前，市面上的电解水制氢设备大多采用碱性电解水制氢技术。

2、高温固体氧化物电解水制氢技术高温固体氧化物电解水制氢技术是一种新兴的电解水制氢技术，主要利用高温固体材料来作为电解质，在高温、高压等极端条件下完成电解反应。

其具有反应效率高、氢氧离子传导性能好等优点，受到了广泛研究的关注。

三、电解水制氢技术发展趋势电解水制氢技术的发展趋势主要体现在以下两个方面：1、提高氢气产率和减少成本提高氢气产率和降低制氢成本是当前电解水制氢技术研究的热点。

研究人员通过优化电解反应装置、调整电解液质量、控制电解过程参数等多种方法，提高了电解水制氢反应的效率，并逐步降低了其成本。

2、开发新型电解水制氢技术目前，科技研究人员正在不断开发新型的电解水制氢技术，以进一步提高电解水制氢效率，减少成本。

比如，利用高效的电解质材料和反应催化剂，探索新型电化学反应机制等等。

镍基磷化物复合材料在催化电解水析氢性能提升方面的研究进
展
周旋;李梦锐;陈一尘;樊辉强;王宾;袁刚
【期刊名称】《无机盐工业》
【年(卷),期】2024(56)4
【摘要】镍基磷化合物因其自身的类氢化酶电子结构和其出色的稳定性被证明具有良好的电解水析氢能力。

单金属磷化物因其本征活性不足、导电性不高及稳定性较差等问题,使其在实际应用上受到了限制。

综述了结构新颖、性能优异和稳定性高的镍基磷化物复合材料的研究进展,总结和分析了通过杂原子掺杂、形貌调控、结合自支撑材料和复合新型材料(碳纳米管、石墨烯、石墨炔、二维材料MXene)等方式在调控催化材料的电子结构、微观形貌、促进长时间电解稳定性、增大比表面积和提高导电性方面提升电解水析氢性能的研究成果。

为探索催化活性高和结构稳定兼备的新型镍基磷化物复合材料提供研究方向。

【总页数】9页(P8-15)
【作者】周旋;李梦锐;陈一尘;樊辉强;王宾;袁刚
【作者单位】安徽理工大学化工与爆破学院
【正文语种】中文
【中图分类】O643.3
【相关文献】
1.基于铁、钴、镍金属磷化物纳米催化剂的碱性条件下电解水制氢的研究进展
2.过渡金属磷化物的制备及电催化析氢性能提升策略
3.过渡金属磷化物用于电解水析氢反应的研究进展
4.三维有序介孔镍铁磷化物的制备及电解水析氢性能研究
5.镍基磷化物在碱性电解水析氢反应中的研究进展
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电解水制氢技术的发展现状和未来趋势随着气候变化和环境污染的日益严重，人们越来越迫切地需要一种环保、高效、可再生的能源。

作为最轻且常见的元素之一，氢气已成为备受瞩目的可再生能源。

而电解水制氢技术作为一种重要的氢气生产方式，其正在受到越来越多的关注和研究。

本文将介绍电解水制氢技术的发展现状和未来趋势。

一、电解水制氢技术的发展历程电解水制氢技术是一种利用电能将水分解成氢气和氧气的技术。

它最早出现在19世纪初，当时科学家们研究电解质溶液的电化学性质时发现，有些质子会从水中游离出来，形成氢气。

但是当时的技术条件还不够成熟，电解水制氢的效率很低，实用性不高。

到了20世纪60年代，随着科技的不断进步，电解水制氢技术得到了快速的发展。

电解水制氢的效率也大大提高，从最初的10%左右提高到了现在的80%以上。

新材料和新工艺的不断研究和应用，也进一步推动了电解水制氢技术的发展。

二、电解水制氢技术的现状电解水制氢技术的现状主要包括以下几个方面。

1. 成本问题电解水制氢技术的成本一直是制约其发展的重要因素。

目前，电解水制氢的成本主要来自电能和水的成本。

电能成本占到了总成本的70%以上，因此如何降低电能成本是制约电解水制氢发展的关键。

2. 效率问题电解水制氢技术的效率对其应用范围和经济性有重要影响。

目前，电解水制氢的效率已经达到了80%以上，但是相比于燃料电池等氢气利用技术，仍有一定的提升空间。

如何提高效率，降低成本，是当前研究的重点之一。

3. 储氢问题电解水制氢技术生产的氢气需要储存，但是氢气是一种高压、易燃易爆的气体，储存和运输成本高、风险大。

因此，如何进行高效、安全的氢气储存和运输，成为制约电解水制氢技术应用和发展的关键。

三、电解水制氢技术的未来趋势1. 深度耦合技术将电解水制氢技术与其他技术深度耦合，是未来电解水制氢技术发展的重要方向。

比如将电解水制氢技术与风能、太阳能等可再生能源相结合，可以实现更低成本、更高效率的氢气制备。

铁镍磷化物电极材料的制备及电催化析氢性能 铁镍磷化物的制备方法多种多样，常见的制备方法包括水热法、溶胶-凝胶法、电化学沉积法等。水热法是一种简单易行、操作方便的制备方法，常用于制备铁镍磷化物纳米颗粒。该方法一般以铁镍盐和磷酸盐为原料，在碱性条件下加热反应得到产物。水热法制备的铁镍磷化物具有较高的比表面积和结构可调性，可以通过改变合成条件来调节其形貌和晶型。

溶胶-凝胶法是一种通过溶胶聚合和凝胶形成的方法合成纳米颗粒。该方法常用于制备铁镍磷化物薄膜或纳米线。溶胶-凝胶法的基本步骤主要包括前驱体溶液的制备、凝胶形成和热处理。通过控制前驱体的浓度、pH值和温度等条件，可以调节产物的形貌和晶相结构。

电化学沉积法是一种利用电化学方法在电极表面上沉积材料的方法。该方法常用于制备铁镍磷化物薄膜。电化学沉积法的关键是选取合适的电解质和电沉积条件。一般来说，选择铁、镍盐和磷酸盐作为电解质，在恒定电流或电位的作用下，铁镍磷化物可以在电极表面上电沉积形成。

铁镍磷化物的电催化析氢性能与其化学组成、晶相结构和表面形貌密切相关。铁镍磷化物晶体结构常见的有尖晶石结构、多晶结构和非晶结构等。研究表明，尖晶石结构的铁镍磷化物具有较高的电活性和稳定性，可以有效催化水的电解析氢反应。而多晶结构和非晶结构的铁镍磷化物则具有更高的比表面积和更丰富的活性位点，可提高催化活性。

铁镍磷化物的电催化析氢性能还受到电极材料的形貌和表面修饰的影响。研究表明，纳米颗粒或纳米线形态的铁镍磷化物具有更高的比表面积和更好的质子透过性能，可提高电化学催化活性。而表面修饰如金属或金属氧化物的负载、杂原子掺杂、表面官能团修饰等措施都可以调节铁镍磷化物电极材料的界面催化性能，提高析氢活性和稳定性。

铁镍磷化物电极材料的制备及电催化析氢性能 铁镍磷化物电极材料是一类具有良好电催化氢析性能的新型电极材料，其在氢能产业中具有广阔的应用前景。本文将介绍铁镍磷化物电极材料的制备方法以及其在电催化析氢方面的性能研究。

1. 化学合成法 铁镍磷化物电极材料的制备最常用的方法是通过化学合成法合成。该方法首先在水溶液中加入铁、镍盐和磷酸，混合后在温度为100-200℃的加热条件下反应。反应后沉淀的产物经过洗涤、干燥，得到铁镍磷化物电极材料。

2. 气相沉积法 气相沉积法（CVD）是一种通过在反应器中加热前体金属气体，通过物理或化学反应沉积在基片表面的制备方法。该方法最主要的优点是能够得到薄膜结构的铁镍磷化物电极材料。然而，该方法需要高昂的实验条件和昂贵的设备，因此并不适合大规模工业化应用。

3. 其他方法 如溶胶-凝胶法、水热反应法、电化学沉积法等也可以制备铁镍磷化物电极材料。这些方法不仅能够制备出高性能的铁镍磷化物电极材料，还具有操作简便，成本低廉等优点。然而需要根据具体情况来选择制备方法，因为不同的制备方法通常会影响电极材料的结构、物理和化学性质。

1. 氢析出电位 氢析出电位是评估电催化水解的一个重要指标。铁镍磷化物电极材料的氢析出电位通常在-0.8到-1.0V之间。该特性表明，铁镍磷化物电极材料是一种优异的电催化析氢材料。

2. 电化学活性 比表面积和孔隙结构是影响电化学活性的重要因素。铁镍磷化物电极材料的比表面积和孔隙结构对其电化学活性具有重要影响。实验表明，铁镍磷化物电极材料的比表面积越大，电化学活性越高。

3. 电解水效率 电解水效率是评估电催化水解的指标之一。实验表明，铁镍磷化物电极材料的电解水效率越高，其在水催化产氢中的应用前景越广。

4. 抗氧化性 抗氧化性是电催化析氢材料必须具备的重要特性之一。实验表明，铁镍磷化物电极材料能够长时间保持其电催化析氢性能，这与其较好的抗氧化性密切相关。

电解水制氢技术的发展现状与未来展望研究随着气候变化和能源消耗的不断加剧，人们对氢能技术的关注度越来越高。

而电解水制氢技术则是氢能技术中最具前景的一种。

电解水制氢技术的发展对于氢能产业的发展来说具有举足轻重的地位，因此本文将围绕电解水制氢技术展开探索，分析电解水制氢技术的发展现状与未来展望。

一、电解水技术发展历程与现状电解水技术是一种将水分子中的氢和氧分离,从而产生氢气和氧气的过程。

电解水技术的历史可以追溯到两个世纪前,当时英国化学家 William Nicholson 将电流通过水来分离出氢和氧。

然而，电解水技术长期以来并未得到广泛应用，主要是因为不同的技术路线、材料和设备之间的差异较大，而且设备成本较高，能源消耗也较大。

这种情况在最近的十年里有所改变，随着科学技术的不断发展，不断涌现出更加高效、具有经济性和可持续性的电解水技术。

其中，以固态氧化物电解池技术(Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC) 为代表的高温电解水技术已经被广泛应用。

SOEC 技术在高温下电解水，不仅具有较高的转化效率和输出效率，而且可以直接使用余热，从而减少能源消耗。

而且采用 SOEC 技术也可以提高电解水制氢的安全性，有效避免氢气泄漏和爆炸等危险。

二、未来电解水技术发展趋势随着氢能技术的不断发展，电解水制氢技术发展的前景日益广阔。

下面我们将就电解水技术的未来发展趋势做出展望：1. 电解水技术正在向高效、低能耗的方向发展。

未来的电解水技术将不仅要提高转化效率和输出效率，还要注重设备高效、可持续、寿命长等方面的优化。

2. 电解水技术的规模化生产将逐渐成为趋势。

随着科技的不断发展，生产设备规模会越来越大，成本和能源消耗会越来越低，同时也使得电解水制氢技术的产量大大增加。

3. 电解水技术和其他技术的结合将是未来的重点之一。

比如利用风能、太阳能等新能源发电，然后再利用电能进行电解制氢。

此外，还可以采用氨分解法、生物发酵等技术与电解水技术相结合，实现多元化的制氢。

ZnO纳米材料在光电解水领域的研究进展作者：刘泽冲来源：《新材料产业》 2017年第7期一、光电解水制氢简介氢是一种热值很高的清洁能源,其完全燃烧的产物——水不会给环境带来任何污染，而且放热量是相同质量汽油的2.7倍。

因而开发低能耗高效的氢气生产方法,已成为国内外众多科学家共同关注的问题。

但是，大规模、低成本的生产、储存、运输氢气已经遇到了很大困难。

目前获取氢气的方法主要是热裂解石油气，这种方法耗能高、污染大。

另外，常温常压下储存高质量密度的氢气仍非常困难。

与传统的以汽油为燃料的内燃机相比，燃料电池的价格仍过高。

尽管面临着种种挑战，氢气做为一种清洁能源，在生产、储存、应用等方面仍持续受到关注。

在产氢方面，发展低成本的材料和技术至关重要。

自从日本的Fujishima 等于1972年首次发现在近紫外光（380nm） ,金红石型二氧化钛（TiO 2 ）单晶电极能使水在常温下分解为氢气（H 2 ）和氧气（O 2 ）以来，揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，科学家称这种仅用阳光和水生产出氢和氧的技术为“人类的理想技术之一” 。

从太阳能利用角度看，光解水制氢主要是利用太阳能中阳光辐射的紫外光和可见光部分。

目前，光解水制氢主要通过光电化学技术（Photoelectrochemistry,PEC）和光催化技术(Photocatalysis)。

光电化学制氢是通过光阳极吸收太阳能并将光能转化为电能。

光阳极通常为光半导体材料，受光激发可以产生电子-空穴对。

光阳极和对电极组成光电化学池，在电解质存在下光阳极吸光后在半导体导带上产生的电子通过外电路流向对极，水中的质子从对极上接受电子产生氢气将光半导体微粒直接悬浮在水中进行光解水反应。

半导体光催化在原理上类似于光化学电池，细小的光半导体微粒可以被看作一个个微电极悬浮在水中，像光阳极一样起作用，所不同的是它们之间没有像光电化学电池那样被隔开。

这种技术大大简化了半导体光催化分解水制氢体系，但是，光激发在同一个半导体微粒上产生的电子-空穴对极易复合，不但降低了光电转换效率，同时也影响光解水同时放氢、放氧。

磷化钴催化剂，低成本以水制氢，氢气燃料将取之不尽其次是氢气的来源。

由于氢气的密度较低，自然界产生的氢气会浮在大气上层，飘到外太空。

科学界采用催化分解水制备氢气的方法，其中的一种解决方案是以贵金属为催化剂电解水。

贵金属作为一种货币，其价格的影响因素较多，再加上国际贵金属市场比较动乱。

因此，有科学家在思考有没有一种非贵金属、低成本的催化剂？近日，斯坦福大学化学工程系和美国能源部的SLAC国家加速器实验室的Thomas F. Jaramillo教授团队在国际顶级期刊Nature子刊《Nature Nanotechnology》发表名为“A non-precious metal hydrogen catalyst in a commercial polymer electrolyte membrane electrolyser”的研究文章。

该团队制备一种廉价的磷化钴（CoP）催化剂，其催化水制氢气的性能可与贵金属—铂相媲美，可实现在商业环境中产生氢气并实现氢气燃料电池的商业化应用。

图片来源：斯坦福大学官网研究预览：该团队合成了一种低成本、非贵金属的磷化钴（CoP）催化剂，实现了从1 cm2实验规模的尺寸到86 cm2的商业规模聚合物电解质膜（PEM）电解槽的转换。

该团队只需要两步即可完成催化剂的制取：第一步在高比表面积碳载体上生成催化剂磷化钴（CoP）；第二步将它们集成到工业PEM电解槽制造过程中。

在相同的工作条件（400 psi，50°C）下，比较CoP基PEM与铂基PEM的性能：实验结果表明CoP催化活性特别高且稳定性较好，能够在1.86 A cm-2的模板上连续制氢时间超过1700小时。

该团队的研究成果表明，在相同的性能下，催化剂磷化钴（CoP）可节省大量材料成本，同时也说明了过去几十年来开发的非贵金属的氢气析出催化剂转化为商业应用的潜在途径。

该研究最重要的元素之一是扩大磷化钴催化剂的产量，同时保持其非常均匀-该过程涉及在实验室工作台上合成原材料，用研钵和研杵研磨，在炉中烘烤以及最后将细的黑色粉末变成墨水，然后将其喷在多孔碳纸上。

铁镍磷化物电极材料的制备及电催化析氢性能
铁镍磷化物是一种具有良好电催化性能的材料，适用于电化学析氢反应。

下面将介绍
铁镍磷化物电极材料制备及其电催化析氢性能的研究。

一、铁镍磷化物的制备方法
1. 水热法制备：
将适量的铁盐和镍盐溶解在水中，加入适量的磷酸盐溶液，调节溶液的pH值，然后将混合溶液加入高温高压釜中，在水热条件下反应一定时间，最后将产物进行过滤洗涤、干燥，得到铁镍磷化物的粉末。

1. 电化学测试：
通过电化学实验，可以评估铁镍磷化物电极材料的电催化析氢性能。

通常采用循环伏
安法和电化学阻抗谱法进行测试。

循环伏安法可以获取电极的电流-电势曲线，由此可以
计算出电极的催化活性，比如催化剂的零电流电势、电流密度等参数。

电化学阻抗谱法可
以通过测量电极的交流电阻和相位角来研究电极表面的电荷转移反应和负载控制反应，从
而了解催化剂的催化活性和电化学界面特性。

2. 材料表征：
通过材料表征可以了解铁镍磷化物电极材料的物理化学性质和结构特征，为进一步研
究其电催化性能提供依据。

常用的表征方法包括X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDX）等。

XRD可以确定材料的结晶性和晶体结构；TEM 和SEM可以观察材料的形貌和微观结构；EDX可以测试材料的元素组成和质量分数。

铁镍磷化物是一种具有良好电催化析氢性能的材料，其制备方法和性能研究可以通过
水热法和热解法进行，并通过电化学测试和材料表征来评估材料的电催化性能。

这对于研
究电化学析氢反应、提高能源转换效率具有重要意义。

《过渡金属磷化物-掺杂石墨烯复合材料的制备及析氢性能研究》过渡金属磷化物-掺杂石墨烯复合材料的制备及析氢性能研究一、引言随着对可持续能源的需求增长以及环境保护意识的提升，开发高效、清洁、可持续的能源技术显得尤为重要。

氢能因其具有高能量密度、可再生且环境友好的特点，成为众多研究者的研究热点。

析氢反应作为电解水制氢过程中的关键步骤，其催化剂的研发对于提高制氢效率至关重要。

近年来，过渡金属磷化物（TMPs）和掺杂石墨烯因其独特的物理化学性质，在析氢反应中展现出良好的应用前景。

本文旨在研究过渡金属磷化物/掺杂石墨烯复合材料的制备方法及其在析氢反应中的性能表现。

二、材料制备（一）制备方法本文采用溶胶凝胶法结合高温煅烧工艺制备过渡金属磷化物/掺杂石墨烯复合材料。

具体步骤如下：1. 将过渡金属盐与磷源按一定比例混合，溶解于适量的溶剂中，形成溶胶。

2. 将掺杂石墨烯加入到上述溶胶中，进行充分搅拌，使两者均匀混合。

3. 将混合溶液进行凝胶化处理，形成凝胶状前驱体。

4. 将前驱体在高温下进行煅烧，使金属与磷发生化学反应，生成过渡金属磷化物，同时得到掺杂石墨烯复合材料。

（二）制备条件及参数在制备过程中，我们需控制煅烧温度、煅烧时间、金属与磷的比例等关键参数，以获得理想的复合材料。

通过实验优化，最终确定最佳制备条件为：煅烧温度为800℃，煅烧时间为2小时，金属与磷的摩尔比为1:2。

三、析氢性能研究（一）电化学性能测试通过电化学工作站进行线性扫描伏安法（LSV）测试，评估复合材料在析氢反应中的性能。

在测试中，我们采用三电极体系，其中复合材料作为工作电极，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极。

电解液为1M KOH溶液。

（二）性能分析通过LSV曲线可以看出，过渡金属磷化物/掺杂石墨烯复合材料在析氢反应中表现出良好的性能。

与纯过渡金属磷化物相比，复合材料具有更低的过电位和更高的电流密度。

此外，我们还发现掺杂石墨烯的加入显著提高了复合材料的导电性和催化活性。