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第12期主题论坛简报 | 邵宗平，A semi-vapor electrolysis technology
2025-01-16
1月7日，浙江大学氢能研究院举办了2025年度的首场主题论坛，特别邀请了澳大利亚科廷大学的John Curtin杰出特聘教授邵宗平，为氢能研究院全体师生带来了题为《A Semi-Vapor Electrolysis Technology for Hydrogen Generation from Wide Water Resources》的讲座。浙江大学氢能研究院新“百人计划”研究员陈禹博博士主持了本次论坛。邵教授简要介绍了自己在国外的学习和科研经历，并针对半蒸汽电解制氢技术和RuO2催化剂的稳定性等研究内容作了详细介绍。
在传统质子交换膜水电解槽（PEMWE）中，反应所需的水以液态形式通入阳极，而在邵教授开发的半蒸汽电解制氢技术中，阳极通入的是气态水蒸气，同时阴极则通入液态水。该技术具有多个优点：一方面，通过水的汽化，这一策略可以兼容各种水源，如污水、海水等，从而避免水的纯化过程；另一方面，半蒸汽PEMWE可以使用更为廉价的RuO2作为催化剂。此外，与传统液态进水相比，半蒸汽电解制氢技术的水汽化过程可以利用电解水过程中产生的热量，从而避免因水汽化而带来的额外能耗。
邵教授还针对RuO2溶出/重构机制开展了研究分析。研究认为，RuO2中Ru和O的氧化导致催化剂的溶解，但邵教授提出，在1.8 V电位下，Ru不会由+4被氧化为+8，同时晶格氧也不会被氧化。研究发现，无定形和结晶态的RuO2具有不同的性能。通过对稳定性测试后的水溶液进行过滤，并利用ICP-MS测试Ru的浓度，发现其几乎为0，从而提出RuO2颗粒的粉化，而非溶出是导致RuO2失活的关键原因。具体而言，由于无定形RuO2中结晶水的存在，在与水的不断交换中，催化剂发生粉化掉落；而结晶态RuO2没有结晶水的存在，因此其稳定性相对较好。最后，邵教授总结认为，在几百小时内的不稳定性是由于催化剂的粉化，而几千小时的不稳定性则是由于催化剂的表面重构。
在现场交流互动环节，师生们围绕论坛主题向邵教授进行了请教。大家询问了为何在旋转圆盘电极和PEMWE中测试的性能存在数量级的差异，以及在半蒸汽电解水制氢中是否存在液态水的交换。邵教授结合自身的科研经验和专业知识，逐一进行了详细解答。在交流互动中，每位参会者都积极参与，共同探讨电解水制氢催化剂的研究进展。
未来，电解水制氢技术制备绿氢将在全球能源转型中扮演重要角色。为了降低PEMWE的成本并延长其使用寿命，开发新型催化剂极为重要。例如，IrOx/RuOx基催化剂具有优异的电催化活性和稳定性，展现出广阔的发展前景。期望在催化剂设计研究方向上尽快实现突破，为电解水制氢提供坚实基础，并为实现碳中和目标贡献力量。
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