Energy-saving hydrogen production by chlorine-free hybrid seawater splitting coupling hydrazine degradation

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作者
Fu Sun,Jingshan Qin,Zhiyu Wang,Mengzhou Yu,Xianhong Wu,Xiaoming Sun,Jieshan Qiu
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:12 (1) 被引量:323
标识
DOI:10.1038/s41467-021-24529-3
摘要

Abstract Seawater electrolysis represents a potential solution to grid-scale production of carbon-neutral hydrogen energy without reliance on freshwater. However, it is challenged by high energy costs and detrimental chlorine chemistry in complex chemical environments. Here we demonstrate chlorine-free hydrogen production by hybrid seawater splitting coupling hydrazine degradation. It yields hydrogen at a rate of 9.2 mol h –1 g cat –1 on NiCo/MXene-based electrodes with a low electricity expense of 2.75 kWh per m 3 H 2 at 500 mA cm –2 and 48% lower energy equivalent input relative to commercial alkaline water electrolysis. Chlorine electrochemistry is avoided by low cell voltages without anode protection regardless Cl – crossover. This electrolyzer meanwhile enables fast hydrazine degradation to ~3 ppb residual. Self-powered hybrid seawater electrolysis is realized by integrating low-voltage direct hydrazine fuel cells or solar cells. These findings enable further opportunities for efficient conversion of ocean resources to hydrogen fuel while removing harmful pollutants.
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