Energy-saving hydrogen production by chlorine-free hybrid seawater splitting coupling hydrazine degradation.
Energy-saving hydrogen production by chlorine-free hybrid seawater splitting coupling hydrazine degradation.
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无氯混合海水裂解耦合肼降解节能制氢
DOI：
10.1038/s41467-021-24529-3
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发表时间：
2021-07-07
影响因子：
16.6
通讯作者：
Qiu J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Sun F;Qin J;Wang Z;Yu M;Wu X;Sun X;Qiu J
海水电解代表了在不依赖淡水的情况下电网规模生产碳中性氢能源的潜在解决方案。然而，它面临着高能源成本和复杂化学环境中有害的氯化学的挑战。在这里，我们展示了混合海水裂解耦合肼降解无氯氢生产。在500 mA cm-2时，NiCo/MXene电极的产氢速率为9.2 mol h-1gcat-1，耗电量为2.75 kWh/m3 H2，比工业碱性水电解的能量当量输入低48%。氯电化学是避免低电池电压没有阳极保护，无论氯交叉。该电解槽同时能够将肼快速降解至约3 ppb残留。通过集成低压直接肼燃料电池或太阳能电池实现自供电混合海水电解。这些发现为有效地将海洋资源转化为氢燃料提供了进一步的机会，同时消除了有害污染物。
Seawater electrolysis represents a potential solution to grid-scale production of carbon-neutral hydrogen energy without reliance on freshwater. However, it is challenged by high energy costs and detrimental chlorine chemistry in complex chemical environments. Here we demonstrate chlorine-free hydrogen production by hybrid seawater splitting coupling hydrazine degradation. It yields hydrogen at a rate of 9.2 mol h–1gcat–1on NiCo/MXene-based electrodes with a low electricity expense of 2.75 kWh per m3H2at 500 mA cm–2and 48% lower energy equivalent input relative to commercial alkaline water electrolysis. Chlorine electrochemistry is avoided by low cell voltages without anode protection regardless Cl–crossover. This electrolyzer meanwhile enables fast hydrazine degradation to ~3 ppb residual. Self-powered hybrid seawater electrolysis is realized by integrating low-voltage direct hydrazine fuel cells or solar cells. These findings enable further opportunities for efficient conversion of ocean resources to hydrogen fuel while removing harmful pollutants.
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