海洋能源是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題的潛在能源之一。如何切實(shí)利用海洋能源生產(chǎn)可持續(xù)能源仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。在本工作中，我們制造了一種半波整流水流驅(qū)動(dòng)的摩擦電納米發(fā)電機(jī)(HRWF-TENG)來(lái)收集水波能量，并通過(guò)自供電的電化學(xué)劈開(kāi)水來(lái)生產(chǎn)氫。HRWF-TENG采用半波整流電路實(shí)現(xiàn)了大電壓、低損耗的直流輸出，在140轉(zhuǎn)/分時(shí)，開(kāi)路電壓和短路電流分別達(dá)到100 V和90 μA。制備了RuO
x/CNT催化劑用于析氫反應(yīng)(HER)， HRWF-TENG在陰極為水分子提供電子生成氫。通過(guò)將HRWF-TENG與水分離裝置直接連接，整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)氫率為12.32 μL min
-1，可持續(xù)的氫能轉(zhuǎn)換效率為2.38%。整個(gè)設(shè)計(jì)采用半波整流TENG對(duì)傳統(tǒng)的自供電水分離系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，為將海洋能轉(zhuǎn)化為可再生氫能提供了更實(shí)用的策略。
圖 1. (a) HRWF-TENG的原理圖 (b)電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程的運(yùn)行機(jī)理示意圖。(c)半波整流操作包括反向充放過(guò)程。(d)開(kāi)路電壓(Voc)、短路電流(Isc)、(e) HRWF-TENG在60 rpm到140 rpm轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的半波整流V
oc和I
sc。
圖2 RuO
x/CNT的結(jié)構(gòu)表征及電催化性能。(a) RuO
x/CNT的TEM圖像，(b) HRTEM圖像。(c) RuO
x/CNT的3p Ru的XPS光譜。 (d)在1 M KOH中RuOx/CNT和20% wt% Pt/C未經(jīng)iR校正的HER極化曲線。(e) RuO
x/CNT的長(zhǎng)期耐久性試驗(yàn)。
圖 3. (a)半波整流能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等效電路圖。(b)基于電化學(xué)電池從機(jī)械能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的照片。(c)不同轉(zhuǎn)速下能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出的電流; (d)轉(zhuǎn)速下的電流。
圖4。(a) Pt電極在NaOH溶液中不同時(shí)間收集O
2的照片。(b) O
2生成速率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。(c)不同轉(zhuǎn)速下H
2 (RuO
x/CNT電極)和O
2 (Pt電極)的生成速率。(d)在O
2產(chǎn)率為6 μL min
-1時(shí)，RuO
x/CNT催化劑的電流密度。(e) Pt電極初始生成氧氣的照片。(f) 10分鐘后Pt電極產(chǎn)生氧氣的照片。
相關(guān)科研成果由蘇州大學(xué)Jun Zhong和Xuhui Sun等于2021年發(fā)表在Nano Energy (doi:10.1016/j.nanoen.2021.106870)上。原文：A half-wave rectifying triboelectric nanogenerator for self-powered water splitting towards hydrogen production。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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