Energy‐Saving Hydrogen Production by Seawater Splitting Coupled with PET Plastic Upcycling

材料科学 分解水 海水 制氢 氢 生产(经济) 氢燃料 化学工程 工程物理 海洋学 催化作用 光催化 有机化学 地质学 工程类 宏观经济学 经济 化学
作者
Kesheng Liu,Xutao Gao,Chu‐Xuan Liu,Rui Shi,Edmund C. M. Tse,Fulai Liu,Yong Chen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (17) 被引量:121
标识
DOI:10.1002/aenm.202304065
摘要

Abstract Direct seawater electrolysis presents a promising route for grid‐scale green hydrogen (H 2 ) production without reliance on scarce freshwater. However, it is severely hampered by high energy consumption (> 4.3–5.73 kWh m −3 H 2 ) and harmful chlorine corrosion. Herein, an energy‐saving and chlorine‐free H 2 production system by coupling seawater splitting and upcycling of polyethylene terephthalate (PET) waste into value‐added glycolic acid (GA) over a Pd─CuCo 2 O 4 catalyst is reported. An ultra‐low potential of 1.15 V versus RHE is required to achieve an industry‐level current density of 600 mA cm −2 , which reduces electricity cost to 2.45 kWh m −3 H 2 . Notably, this system maintains 1.6 A for longer than 100 h, demonstrating excellent stability. Experimental and theoretical results unveil that 1) the specific adsorption of PET‐derived ethylene glycol (EG) on Pd enhances the catalytic performance, and the downshifted d‐band center of Pd accelerates the desorption of GA to prevent over‐oxidation; 2) the strong adsorption of OH − on CuCo 2 O 4 synergistically promotes EG electrooxidation (EGOR) and forms a negative charge layer that effectively repels Cl − by electrostatic repulsion, thus preventing chlorine corrosion. This work may provide new opportunities for H 2 production and value‐added GA from vast marine resources and PET waste.
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