所制备Ti/Pt-Fe电极不同放大倍数下的SEM照片
据文献报道, 在硫酸电解质中, 电解煤桨制氢的反应式为:
2H2O(液态)＋C(固态) → CO2 (气态)＋2H2 (气态)
阳极产生CO2气体, 阴极产生纯净的氢气. 25℃时该反应理论分解电压仅为0.21V,远低于传统电解水的理论分解电压1.23V, 实际消耗的能量仅为电解水的1/3～1/2左右, 该方法所制备氢气的成本仅为目前氢气成本的1/5左右, 并且煤中的S, N等元素在电解过程中被氧化成相应的酸, 留在电解液中, 所以不会有煤炭燃烧造成的S, N氧化物的环境污染.因此, 无论从煤炭的清洁利用还是廉价新能源氢的开发方面,电解煤浆制氢都是一种新的极具应用前景的制氢方法. 自从1979年Coughlin等发表了相关文章后, 煤桨电解制氢方法的研究才有了较大的研究进展, Park等曾对其机理进行了初步研究, 但因为电解效率不理想, 在接下来的20年间没有实质性进展. 2004年, Botte作了相关方面的报道, 此后他用直接购于Alfa Aesar公司的二元合金电极, 研究了溶液催化剂及其电解工艺条件对煤桨电解制氢效率的影响, 在改进工艺条件和加入Fe3＋/Fe2＋后, 电解电流密度和电解效率得到了较大的提高, 取得了较好的成果. 然而要想使煤浆电解制氢能有实际应用价值, 必须设法提高阳极的反应速度, 故寻求具有高活性、低成本、长寿命的电催化阳极是这一新的制氢方法实用化的关键问题之一.
上海大学理学院化学系印仁和等人将预处理后的钛片作为电极基体, 采用恒电流法沉积Pt和Fe, 通过高温热处理得到Ti/Pt-Fe电极, 通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子能谱(EDS)以及等离子发射光谱(ICP)等方法对所制备电极表面形貌、组分的合金化程度、催化层成分组成以及电极寿命等进行了表征; 在煤浆电解过程中, 采用两电极体系, 对所制备电极的电催化活性进行了测试.结果表明: 所制备的电极表面呈层状结构, 且有大量峰形突起, 催化层形成了PtFe合金, 合金化程度较高, 与同面积的铂片电极、Ti/TiO2Pt-Ru电极相比, 大大提高了电催化活性, 降低了电极成本.