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海水電解陽極腐蝕機理研究獲進展

2023-08-23 16:05:30 作者：腐蝕與防護來源：腐蝕與防護分享至：

利用海水替代淡水進行電解制氫被認為是一種經濟、可持續的技術。目前，海水電解存在著陽極穩定性差的問題，制約了其進一步的發展。研究發現海水中高濃度的Cl^-會造成陽極的嚴重腐蝕，導致電極快速失效。因此，科學家設計了許多具有抗Cl^-腐蝕層的催化劑來提高的鎳基陽極的穩定性。然而，這些耐Cl^-腐蝕的陽極在堿性海水中測試的穩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成分對陽極穩定性的不利影響對于提升陽極壽命、實現海水電解的工業化應用至關重要。

近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所氫能實驗室研究員陸之毅帶領的電化學環境催化團隊，聯合中國科學院海洋新材料與應用技術重點實驗室研究員汪愛英帶領的碳基薄膜與涂層技術團隊，基于前期對海水電解陽極穩定性的研究，在海水電解陽極腐蝕機理研究方面取得了新進展。

要點1：試驗和模擬結果表明，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⁻的快速擴散動力學和Br⁻的較低反應能。鈍化層。

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

這項工作清楚地指出，除了抗Cl⁻腐蝕之外，設計抗Br⁻腐蝕陽極對于海水電解的未來應用更為關鍵。因為溴化物中的耐腐蝕性比氯化物中的耐腐蝕性差且腐蝕動力學更快。

▲ 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研發計劃、寧波市“甬江引才工程”科技創新/創新團隊項目、浙江省研發計劃先導項目、寧波市科技創新2025重大專項項目、國家自然科學基金和寧波市自然科學基金的支持。相關研究成果近日發表在Nature Communications上（DOI：10.1038/s41467-023-40563-9）。