Kinetics and oxidation pathways of Fe3+-catalyzed carbon-assisted water electrolysis for hydrogen production

电解 催化作用 氧化还原 化学 电化学 电解水 制氢 化学工程 碳纤维 无机化学 电解法 电解质 材料科学 电极 有机化学 物理化学 复合数 工程类 复合材料
作者
Jianzhong Liu,Cong Chen,Hongli Wu,Jun Cheng
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:47 (47): 20432-20447 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.04.161
摘要

Carbon-assisted water electrolysis can significantly reduce the electricity consumption of electrolytic hydrogen production, but its slow kinetics limit its further development. In-depth investigation of the oxidation pathways and control steps of coal particles during electrolysis can help to improve the reaction rate in a more targeted manner. In this study, the electrochemical activities of several different ranks of coal, activated carbon, and graphite are compared, and the electrooxidation process is disentangled to investigate the kinetic characteristics of the oxidation of solution catalysts, the reaction of coal with solution catalysts and the electrooxidation of coal. Structural characterization is used to investigate the key factors affecting the electrochemical activity. The results show that coal particles mainly undergo indirect oxidation during electrolysis, and direct oxidation only accounts for a small fraction of oxidation; the oxidation of the solution catalyst on the electrode surface is reversible, and the controlling step in the whole process is the redox reaction between the solution catalyst and coal particles. A variety of oxygen-containing functional groups are generated on the surface of coal particles after electrolysis, among which the C-O group plays a more critical role in the oxidation activity. • For the first time, the kinetics of CAWE was studied in detail by splitting. • Direct evidence that coal particles mainly undergo indirect oxidation was obtained. • The oxidation of coal particles clearly has two phases. • The accuracy of Fe 2+ concentration detection in flat electrodes is relatively high.
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