【已解決】 電催化能否被歸為材料新能源方向?
材料方面一提到新能源就認(rèn)為是脫坑工資高，但實(shí)際上高的可能只有電池和半導(dǎo)體方向，而電催化目前應(yīng)用最多的可能就是電解水，那么電催化（her、orr、oer、co2rr）能否歸為新能源方向，跟進(jìn)吃一波紅利
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- 分類(lèi)：教育學(xué)習(xí)
最佳答案 2024-09-24 00:00
電催化是指在電化學(xué)過(guò)程中，使用催化劑來(lái)加速電子的轉(zhuǎn)移來(lái)提高化學(xué)反應(yīng)速率的現(xiàn)象或技術(shù)。在電催化中，催化劑（通常是金屬或含有金屬的化合物）作為電極材料，能夠降低反應(yīng)的活化能，使得電化學(xué)反應(yīng)在較低的過(guò)電位下進(jìn)行，從而提高能量轉(zhuǎn)換效率和降低能耗。因此，電催化與許多領(lǐng)域都有所交叉。像是電化學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)工程、環(huán)境科學(xué)、能源科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等等領(lǐng)域都屬于是電催化涉及的領(lǐng)域。
同樣的，新能源所涉及的領(lǐng)域也很多，電池、鈣鈦礦，甚至搞風(fēng)力發(fā)電什么的也是新能源。電催化的研究方向主要包括電解水中的析氫（HER）、析氧反應(yīng)（OER），燃料電池中重要的半反應(yīng)氧還原反應(yīng)（ORR）以及電催化二氧化碳還原反應(yīng)和氫氧化反應(yīng)（HOR）等。
首先來(lái)說(shuō)說(shuō)前兩個(gè)方向，析氫和析氧反應(yīng)其實(shí)都是電催化水分解過(guò)程中的重要半反應(yīng)，析氫反應(yīng)發(fā)生在電解槽的陰極而析氧反應(yīng)發(fā)生在陽(yáng)極。顧名思義，HER涉及將質(zhì)子（H+）或水合氫離子（H3O+）還原成氫氣（H2）而涉OER涉及將水氧化成氧氣和質(zhì)子。電解水是制氫的重要途徑之一，商業(yè)電解水技術(shù)雖然比較成熟，但海水電解制氫，這一反應(yīng)在電解水技術(shù)中算是最難的方向之一，但是氫氣作為一種清潔能源，在各種領(lǐng)域皆有著廣泛的應(yīng)用潛力，所以很多企業(yè)和學(xué)者對(duì)這一方向都比較感興趣。
接下來(lái)要說(shuō)的是和電池關(guān)聯(lián)比較大的氧還原反應(yīng)（ORR），其中也分兩種，一種是如果是2e-的ORR，產(chǎn)物是H2O2，即電催化氧氣還原制備過(guò)氧化氫，這個(gè)電化學(xué)反應(yīng)比較新，所以主要發(fā)展方向在學(xué)術(shù)上；另一種是4e-的ORR，這個(gè)是用在燃料電池上的，也是燃料電池和金屬空氣電池等能量轉(zhuǎn)換設(shè)備中的關(guān)鍵陰極反應(yīng)。氧還原反應(yīng)涉及將氧氣還原成水的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程中涉及四個(gè)電子的轉(zhuǎn)移。
正因如此，研發(fā)出更好的催化劑對(duì)于提升燃料電池效率和降低成本至關(guān)重要，傳統(tǒng)的鉑（Pt）基催化劑雖然性能優(yōu)異，但由于成本高和資源稀缺，學(xué)者們也在研究過(guò)渡金屬氧化物、硫化物、氮化物等作為替代品。或者說(shuō)通過(guò)調(diào)整材料的組成、結(jié)構(gòu)和表面特性，來(lái)優(yōu)化ORR性能。
電催化二氧化碳還原反應(yīng)（CO2RR）是一種將二氧化碳轉(zhuǎn)化為高附加值的燃料和化學(xué)品的技術(shù)，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的有效途徑之一。也就是說(shuō)用于CO2RR的催化劑需要能夠有效地激活二氧化碳分子，并促使其還原轉(zhuǎn)化。
目前來(lái)說(shuō)這個(gè)技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，離商業(yè)化工業(yè)化還有很長(zhǎng)的路要走，一般只有頂尖央企和外企的研究院會(huì)有這個(gè)方向。不過(guò)這項(xiàng)技術(shù)的前景還是未來(lái)可期的，一旦能有技術(shù)性的突破，那所帶來(lái)的將會(huì)是新的技術(shù)革命浪潮。
電催化雖然說(shuō)主要是化學(xué)方面的學(xué)科，但是因?yàn)樯婕暗闹R(shí)面比較廣，所以在找工作上，還是能和鋰電、材料上靠一靠的。目前來(lái)說(shuō)，電催化的主要就業(yè)崗位還是氫能相關(guān)，但隨著新能源相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展，保不準(zhǔn)電催化也能吃到紅利。實(shí)際上，材料專(zhuān)業(yè)由于電池的快速發(fā)展而煥發(fā)第二春也是近幾年的事情。
就拿這幾個(gè)月來(lái)說(shuō)，各大高校也在持續(xù)的拿出研究成果。比方說(shuō)武漢大學(xué)雷愛(ài)文和李武教授的團(tuán)隊(duì)在電催化同位素標(biāo)記方面取得了突破性成果，通過(guò)電催化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了芳烴和雜芳烴的還原氘代反應(yīng)，為新藥創(chuàng)制、質(zhì)譜內(nèi)標(biāo)等領(lǐng)域提供了新的研究工具。南開(kāi)大學(xué)的羅景山教授團(tuán)隊(duì)與西班牙巴斯克大學(xué)合作，在電催化水分解制氫研究中取得重要進(jìn)展，開(kāi)發(fā)了在大電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)1000小時(shí)的堿性析氫催化劑。中國(guó)科學(xué)院院士、大連化學(xué)物理研究所研究員李燦帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出電子介導(dǎo)對(duì)驅(qū)動(dòng)的離場(chǎng)電催化技術(shù)，為低成本制綠氫提供了新路徑。
也就是說(shuō)，保持對(duì)最新研究趨勢(shì)的了解是至關(guān)重要的。這不僅能夠讓你洞察行業(yè)的進(jìn)步，還能幫助你捕捉新能源領(lǐng)域的新興機(jī)會(huì)。其實(shí)沒(méi)有必要緊盯著電池和半導(dǎo)體方向，因?yàn)殡姶呋婕暗念I(lǐng)域這么多，你完全可以關(guān)注一下其他研究方向的就業(yè)情況，從而找到最適合自己的路子。
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