中国海洋大学孟祥超教授JMCA：焦耳热快速加热制备高效裂解海水析氢电催化剂. 【文章信息】 焦耳热快速加热制备高效Mo基电催化剂用于电催化裂解海水产氢 第一作者：赵展 通讯作者：孟祥超 单位：中国海洋大学 【研究背景】 环境污染和能源短缺危机促使人们开始关注可再生氢能源(H2)的研究。电化学海水裂解制氢已成为最有前途的制氢策略之一，以地球上丰富的W、Fe、Co、Ni、Mo等过渡金属合理构建电催化剂成为研究前沿。然而这些催化材料通常是由传统的热解法所制备，具有低效耗时且耗能的缺点。并且面临着长时间加热所导致的氧化，团聚等负面影响。本文利用焦耳热快速加热制备出高性能析氢催化材料，通过60秒的加热即可完成MoNi合金/氧化钼复合材料的制备，可以有效地催化碱性海水介质中的析氢反应(HER)。 【文章简介】 近日，中国海洋大学的孟祥超教授团队利用焦耳热快速加热合成的MoNi4/MoOx表现出了极佳的HER性能，仅需15 mV 的过电位即可达到 10 mA·cm-2 的电流密度，甚至在高电位下（1 A·cm-2）仅需227 mV，优于传统煅烧法合成的催化剂。这归因于快速加热所引起的催化剂形貌，Mo元素价态的变化以及快速加热产生的缺陷。同时超快的加热方法节省了大量的能源，加快了催化剂的制备速度。本文成果突出了焦耳热快速加热在开发用于电化学能源领域催化剂方面的独特潜力。
【本文要点】 要点一：快速加热节时节能 通过快速的焦耳热加热方法，可以实现在室温下以67℃/s的升温速率瞬间达到目标反应温度。同时，超短的处理时间不仅使合成过程更加高效，也意味着更低的能耗，仅为传统煅烧方法的0.12%。 要点二：MoNi4/MoOx的形貌分析 MoNi4/MoOx展现出密集的棒状纳米棒结构，尽管与传统加热合成的催化剂形态相似，但生成的MoNi4纳米颗粒较小，平均直径达到了46纳米。同时展现出了更大的比表面积。因此更有利于电解质的扩散以及提供更多的电化学活性位点。 要点三：电催化裂解海水产氢 焦耳热快速加热合成的催化剂仅需15 mV 的过电位即可达到 10 mA·cm-2 的电流密度，甚至在高电位下（1 A·cm-2）仅需227 mV，优于传统煅烧法合成的催化剂以及商业铂碳。同时该催化剂也表现出了优异电化学性能以及稳定性（1000小时稳定性测试无明显衰减）。并且构成的碱性海水电解槽（AEM）也具有优异的活性。基于催化剂优越的析氢性能，本研究将MoNi4/MoOx//RuO2电解槽与自制太阳能电池串联，组装为太阳能辅助碱性海水制氢装置。组装装置产生了高达11.28%的STH效率，优于商业铂碳以及氧化钌的组合，为零耗能产氢提供参考与借鉴。 相关工作得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者青年项目、山东省自然科学基金及中石大新能源科技有限公司科技协作与开发等项目的资助。 【文章链接】 Rapid Synthesis of Efficient Mo-based Electrocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Seawater with 11.28% STH Efficiency https://doi.org/10.1039/D3TA01522J 【通讯作者简介】 孟祥超教授简介：中国海洋大学化学化工学院教授、博士生导师。本科毕业于中国海洋大学，硕士和博士毕业于加拿大渥太华大学。之后，作为兼职助理教授在加拿大渥太华大学任教，以博士后的身份在加拿大滑铁卢大学从事研究工作。2019年全职加入中国海洋大学。主要研究方向：光电催化裂解海水制氢；光催化/电催化CO2还原、固氮及新型光电催化反应器设计及开发。在光电催化领域发表学术论文60余篇。 课题组网页：https://www.x-mol.com/groups/Meng_Xiangchao 【第一作者介绍】 赵展，男，中国海洋大学化学化工学院在读硕士生。研究方向为新型电催化裂解海水催化剂的设计与合成。
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原位科技焦耳加热装置介绍：
通过该装置，针对导电材料，科学家可利用其自身的焦耳效应，对其施加电气环境；针对非导电材料，则可通过我司配备的各类耐高温极速加热样品台进行加热，从而使材料在极短的时间内（0~10 S）达到极高的温度（1000~3000 ℃），升温速率最快可达到10000k/s。
通过对材料的极速升温，可考察材料在极端环境、剧烈热震情况下的物性改变。该产品目前广泛应用在电池、催化、陶瓷、金属材料等领域，可通过极速升降温制备纳米尺度颗粒，单原子催化剂，高熵合金等。
装置可定制电气环境及真空系统。配件包含：控制柜、真空腔、电极、真空泵、高温样品台、测温探头、适配线缆。
