新型可充电 Zn-NH3 电池：基于时间解耦氨分解实现高效 NH3 到 H2 转化

新型可充电 Zn-NH3 电池：基于时间解耦氨分解实现高效 NH3 到 H2 转化

研究内容

氨裂解制氢是实现氢能经济的决定性途径，但装置复杂、效率低严重制约了其发展。在Zn-NH 3 电池中，AOR/HER双功能电催化剂是驱动该系统的先决条件。到目前为止，据报道金属纳米材料（例如Pt，Au，Pd，Ru，Co，Ni和Cu）具有AOR和HER活性，其中Pt基材料是AOR和HER的理想材料，但AOR的峰值电流低严重阻碍了它们的实际应用。在非贵重AOR催化剂中，据报道双金属NiCu具有AOR活性，并且过电位相对较低且稳定性高。

中国科学院福建物质结构研究所王耀兵研究员设计并提出了一种基于时间解耦氨分解的新型可充电锌氨电池，实现NH 3 到H 2 的高效转化。该体系在阴极充电和对外电能转换与储存过程中，氨被氧化为氮气（2NH 3 +6OH - →N 2 +6H 2 O+6e-），而在阴极放电过程中，水被还原为氢气（2H 2 O+2e- →H 2 +2OH - ）并产生电能。在此循环中，实现了无需分离纯化的连续高效产氢。 利用Mo 2 C/NiCu@C双功能催化剂进行氨氧化反应（AOR）和析氢反应（HER），实现了可充电Zn-NH 3 电池，在20 mA/cm 2 电流密度下，NH 3 到H 2 FE高达91.6%，可循环900次（300小时），实现高效、连续的NH 3 到氢气转化。相关工作以“by a Zn-NH 3 with an / as a”为题发表在国际知名期刊上。

研究亮点

要点 1. 作者介绍了一种基于过渡金属的双功能催化剂，即通过分级碳包覆构成的 Mo 2 C@C 和 NiCu@C 碳球（Mo 2 C/NiCu@C），并提出了一种基于时间解耦氨分解的新型可充电 Zn-NH 3 电池，以实现 NH 3 到 H 2 的高效转化。

要点2. 本系统在阴极充电过程中，氨被氧化为氮气（2NH 3 +6OH - →N 2 +6H 2 O+6e-），转换外部电能并储存；在阴极放电过程中，水被还原为氢气（2H 2 O+2e- →H 2 +2OH -），产生电能。以此循环，实现无需分离纯化，连续高效产氢。

要点3. 结合电化学测试与理论计算，Mo 2 C/NiCu@C表现出优异的双功能活性，其中Mo 2 C@C有利于HER，NiCu@C作为AOR活性位点。在双功能催化剂正极的帮助下，组装并实现了可充电的Zn-NH 3 电池，NH 3 到H 2 的法拉第效率（FE）高达91.6％，可在20 mA/cm 2 下循环900次，具有良好的循环稳定性，有利于实际应用。

研究图形

图 1. Mo 2 C/NiCu@C 的典型特性。

图 2. Mo 2 C/NiCu@C 在 1 M KOH 和 0.3 M NH 3 ·H 2 O 中对 (AC) HER 和 (DF) AOR 的电化学性能。

图3. Mo 2 C/NiCu@C的反应机理。

图4. Zn-NH 3 电池的电化学性能。

文献详情

由 Zn-NH 3 与 / 作为

冯、黄、肖、徐、阿斯拉姆、张翔、谭延禧、王*

J.Am.Chem.Soc.

详细信息：