通过场局域化实现激光诱导周期表面结构电极在电化学燃料生成中节能45%
化学物理
2021-12-15 v1
摘要
自由基的电化学氧化还原是一种绿色且环境友好的燃料生成途径。然而，这些反应由于电催化剂周围自由基局部浓度低而动力学迟缓。较大的电极电势可通过增强电催化剂位点周围自由基浓度来提升燃料生成效率，但这以耗电为代价。在此，我们报道通过激光诱导周期表面结构（LIPSS）电极处局域电场诱导的试剂浓度增强（LEFIRC），在实现10 mA/cm2的电化学产氢速率时节能约45%。采用有限元模型模拟电场空间分布，以理解LIPSS几何参数在场局域化中的影响。当LIPSS图案化电极用作支撑Pt-C和RuO2电催化剂的基底时，HER和OER的过电势分别降低了40%和25%。此外，LIPSS图案化电极在包括碱性、酸性、中性和海水等一系列电解质中显著降低能耗的能力也得到了证明。重要的是，当将两个LIPSS图案化电极组装为阳极和阴极构成电池时，相较于由原始电极构成的类似电池，其在驱动10 mA/cm2电流密度时所需电势低330 mV且稳定性增强。本工作展示了一种物理且通用的电极表面图案化方法以提升电催化燃料生成性能，并可应用于任何金属和半导体催化剂及一系列电化学反应。
引用
@article{arxiv.2112.07044,
title = {Laser-induced periodic surface structured electrodes with a 45 % energy saving in electrochemical fuel generation through field localization},
author = {Chaudry Sajed Saraj and Subhash C. Singh and Gopal Verma and Rahul A Rajan and Wei Li and Chunlei Guo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.07044},
year = {2021}
}
备注
This paper is accepted for publication in May 2022 issue of Optoelectronic Advances