近年来，电解水制氢因其高效、环保的优势而被广泛研究。在电解水体系中，为了提高产氢率和系统的整体效率，水分解的半反应（析氧反应-OER，析氢反应-HER）都必须达到最佳效率。传统意义上来说，HER和OER能够被铂族金属（PGM）轻松地催化并反应，但这些金属的稀缺以及高昂的价格促使人们寻求储量丰富的非贵金属替代品。然而，尽管对电解水的非贵金属催化剂的研究已经取得了重大突破，但在实际工艺条件（高环境温度，高碱性）下，催化剂如何能在高电流密度下保持长时间的稳定以及是否具有像PGMs这样高的活性仍然是一个有待解决的问题。 不锈钢（SS）是具有弹性的高合金化钢，即使在较高的压力和温度下，也能在大多数酸和碱性溶液中表现出很好的（电）化学惰性。因此，它们被广泛地用作催化剂材料的导电衬底或载体材料。 针对以上问题，韩国汉阳大学SungChul Yi教授团队开发了一种成本竞争力高且能够满足严格的工业需求的高性能电极系统。作者选取了废弃轮胎中的不锈钢丝（SSW）,不仅将它作为HER催化剂的基底，同时通过化学腐蚀、原位生长的方式使其成为高效的OER催化电极。这种SSW基的双功能电极体系表现出优异的催化性能以及极好的耐腐蚀性，可在工业条件下应用。此工作近日以“Corrosion and Alloy Engineering in Rational Design of High Current Density Electrodes for Efficient Water Splitting”为题发表于国际知名期刊《Advanced Energy Materials》上。 论文链接： https:///10.1002/aenm.201904020 对于阳极，作者采用化学腐蚀法直接对不锈钢丝（SSW）进行腐蚀，并通过水热对腐蚀反应进行加速。在此过程中SSW表面逐渐产生Ni/FeOOH纳米颗粒，其中水热12小时的样品（SSWRs-12 h）性能最佳。另一方面，作者将SSW作为基底，在其表面原位合成了MoNi4纳米阵列（MoNi4/SSW），得到了阴极催化电极。通过以上方法得到的SSWRs-12 h和MoNi4/SSW电极分别在OER及HER催化反应中展现出优异的性能（在1M KOH溶液中，OER仅需287mV的过电位即可达到500 mA/cm2的电流密度，HER仅需77mV即可达到200 mA/cm2），并且在工业测试条件下性能依然保持稳定。同时，使用上述两个电极作为对电极进行全解水性能测试时，它们依旧具有高效的性能以及良好的稳定性。 图1. 废旧不锈钢丝(SSWs)制造HER和OER电极的过程示意图。 图2. OER电极的形貌及结构表征图。 图3. HER电极的形貌及结构表征图。 图4. OER性能测试以及相应电化学表征。 图5. HER性能测试以及相应电化学表征。 图6. 全解水性能测试及示意图。 综上所述，作者通过简单的合成和表面改性，从废弃的SSW中得到了耐腐蚀、高活性的OER、HER催化电极。从成本和催化活性角度来看，该电极系统在非PGMs的催化剂中具有极高的竞争力。除了具有良好的性能外，此工作还强调了回收废弃金属用于清洁能源应用的实用性，这有助于减少材料的浪费，也为能源可持续发展的未来提供了新思路。（文：天航） |
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