Щелочной электролиз воды для производства экологически чистого водорода

Мировой энергетический ландшафт претерпевает значительные изменения. Водород рассматривается как энергоноситель будущего и станет ключевым элементом в развитии более устойчивой промышленности и общества. Однако в настоящее время водород в основном производится из ископаемого топлива, и эта ситуация должна измениться. Щелочной электролиз воды с использованием передовых технологий обладает наибольшим потенциалом для осуществления этого перехода и производства экологически чистого водорода в промышленных масштабах за счет использования возобновляемой энергии. Создание промышленных электролизерных установок в большем масштабе является более сложным, однако основывается на общем принципе работы, предусматривающем наличие двух полуячеек — анодной и катодной, — в которых протекают реакция выделения кислорода (OER) и реакция выделения водорода (HER). Из этих двух реакций OER является более сложной как с термодинамической, так и с кинетической точки зрения. Помимо доступа к возобновляемой электроэнергии, разработка долговечных и распространенных электрокатализаторов для OER остается одной из проблем крупномасштабного щелочного электролиза воды. Среди различных физико-химических свойств поверхность электрокатализатора и ее взаимодействие с водой и промежуточными продуктами реакции, а также с образующимися молекулярными водородом и кислородом играют важную роль в каталитической активности и механизме реакции. В частности, прочность связывания между поверхностью катализатора и промежуточными продуктами определяет лимитирующую стадию и электрокаталитические характеристики. В данном обзоре рассматриваются состояние водородной экономики и основные принципы щелочного электролиза воды, включая его фундаментальные основы и промышленные разработки. Кроме того, кратко обсуждаются механизмы реакций HER и OER при щелочном электролизе воды, а также прогресс в разработке отдельных электрокатализаторов для обеих полуреакций. На конкретных примерах объясняются механизм эволюции адсорбатов и механизм участия решеточного кислорода в реакции OER. В обзоре также рассматриваются исследования авторов, посвященные…