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【已解决】 电催化能否被归为材料新能源方向?

材料方面一提到新能源就认为是脱坑工资高,但实际上高的可能只有电池和半导体方向,而电催化目前应用最多的可能就是电解水,那么电催化(her、orr、oer、co2rr)能否归为新能源方向,跟进吃一波红利

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最佳答案 2024-09-24 00:00

电催化是指在电化学过程中,使用催化剂来加速电子的转移来提高化学反应速率的现象或技术。在电催化中,催化剂(通常是金属或含有金属的化合物)作为电极材料,能够降低反应的活化能,使得电化学反应在较低的过电位下进行,从而提高能量转换效率和降低能耗。因此,电催化与许多领域都有所交叉。像是电化学、材料科学、化学工程、环境科学、能源科学、生物医学等等领域都属于是电催化涉及的领域。

同样的,新能源所涉及的领域也很多,电池、钙钛矿,甚至搞风力发电什么的也是新能源。电催化的研究方向主要包括电解水中的析氢(HER)、析氧反应(OER),燃料电池中重要的半反应氧还原反应(ORR)以及电催化二氧化碳还原反应和氢氧化反应(HOR)等。

首先来说说前两个方向,析氢和析氧反应其实都是电催化水分解过程中的重要半反应,析氢反应发生在电解槽的阴极而析氧反应发生在阳极。顾名思义,HER涉及将质子(H+)或水合氢离子(H3O+)还原成氢气(H2)而涉OER涉及将水氧化成氧气和质子。电解水是制氢的重要途径之一,商业电解水技术虽然比较成熟,但海水电解制氢,这一反应在电解水技术中算是最难的方向之一,但是氢气作为一种清洁能源,在各种领域皆有着广泛的应用潜力,所以很多企业和学者对这一方向都比较感兴趣。

接下来要说的是和电池关联比较大的氧还原反应(ORR),其中也分两种,一种是如果是2e-的ORR,产物是H2O2,即电催化氧气还原制备过氧化氢,这个电化学反应比较新,所以主要发展方向在学术上;另一种是4e-的ORR,这个是用在燃料电池上的,也是燃料电池和金属空气电池等能量转换设备中的关键阴极反应。氧还原反应涉及将氧气还原成水的过程,这个过程中涉及四个电子的转移。

正因如此,研发出更好的催化剂对于提升燃料电池效率和降低成本至关重要,传统的铂(Pt)基催化剂虽然性能优异,但由于成本高和资源稀缺,学者们也在研究过渡金属氧化物、硫化物、氮化物等作为替代品。或者说通过调整材料的组成、结构和表面特性,来优化ORR性能。

电催化二氧化碳还原反应(CO2RR)是一种将二氧化碳转化为高附加值的燃料和化学品的技术,被认为是实现“碳中和”目标的有效途径之一。也就是说用于CO2RR的催化剂需要能够有效地激活二氧化碳分子,并促使其还原转化。

目前来说这个技术尚处于实验室阶段,离商业化工业化还有很长的路要走,一般只有顶尖央企和外企的研究院会有这个方向。不过这项技术的前景还是未来可期的,一旦能有技术性的突破,那所带来的将会是新的技术革命浪潮。

电催化虽然说主要是化学方面的学科,但是因为涉及的知识面比较广,所以在找工作上,还是能和锂电、材料上靠一靠的。目前来说,电催化的主要就业岗位还是氢能相关,但随着新能源相关行业的快速发展,保不准电催化也能吃到红利。实际上,材料专业由于电池的快速发展而焕发第二春也是近几年的事情。

就拿这几个月来说,各大高校也在持续的拿出研究成果。比方说武汉大学雷爱文和李武教授的团队在电催化同位素标记方面取得了突破性成果,通过电催化技术实现了芳烃和杂芳烃的还原氘代反应,为新药创制、质谱内标等领域提供了新的研究工具。南开大学的罗景山教授团队与西班牙巴斯克大学合作,在电催化水分解制氢研究中取得重要进展,开发了在大电流密度下稳定运行超过1000小时的碱性析氢催化剂。中国科学院院士、大连化学物理研究所研究员李灿带领的团队成功研发出电子介导对驱动的离场电催化技术,为低成本制绿氢提供了新路径。

也就是说,保持对最新研究趋势的了解是至关重要的。这不仅能够让你洞察行业的进步,还能帮助你捕捉新能源领域的新兴机会。其实没有必要紧盯着电池和半导体方向,因为电催化涉及的领域这么多,你完全可以关注一下其他研究方向的就业情况,从而找到最适合自己的路子。
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