[发明专利]膜电极组与电解产氢的方法

说明书

本发明公开一种膜电极组与电解产氢的方法，该电解产氢的方法包括：将膜电极组浸置于碱性水溶液中，其中膜电极组包括：阳极，包括第一催化剂层于第一气液扩散层上；阴极，包括第二催化剂层于第二气液扩散层上；以及阴离子交换膜，夹设于阳极的第一催化剂层与阴极的第二催化剂层之间，其中第一催化剂层、第二催化剂层、或上述两者的化学结构为M_xRu_yN₂，其中M为Ni、Co、Fe、Mn、Cr、V、Ti、Cu、或Zn，0x1.3，0.7y2，且x+y＝2，其中M_xRu_yN₂为立方晶系或非晶；以及施加电位至阳极与阴极以电解碱性水溶液，使阴极产生氢气，并使阳极产生氧气。

技术领域

本发明是关于膜电极组，以及采用膜电解组的电解产氢的方法。

背景技术

在能源短缺的现今，寻求替代能源势在必行，而氢能为最佳的替代能源。由于环境保护的观念，使用氢气作为燃料符合环保期待，电解水是制造氢气与氧气的最简单方式。尽管利用电解水产氢具有相当多的优点，但是在大量产氢的过程却具有致命的缺点，即耗费相当多的能量导致不符成本。能量消耗多与过电位过大有关，而过电位与电极、电解液、及反应生成物有关。为提升电解水效率，电极扮演重要角色。降低活化能及增加反应的界面为电解水效率的重要因素。活化能降低是受电极表面催化的影响，其取决于电极材料本身催化特性。虽然贵金属Pt一直是最具催化效果的电极材料之一，但其价格相当昂贵。为减低成本，必须采用其他材料取代Pt。

综上所述，目前需要新的催化剂(catalyst)组成进一步提升产氢反应(HER)与产氧反应(OER)的活性，以兼顾催化剂活性与降低成本的目的。

发明内容

为达上述目的，本发明提供的膜电极组，包括：阳极，包括第一催化剂层于第一气液扩散层上；阴极，包括第二催化剂层于第二气液扩散层上；以及阴离子交换膜，夹设于阳极的第一催化剂层与阴极的第二催化剂层之间，其中第一催化剂层、第二催化剂层、或上述两者的化学结构为M_xRu_yN₂，其中M为Ni、Co、Fe、Mn、Cr、V、Ti、Cu、或Zn，0x1.3，0.7y2，且x+y＝2，其中M_xRu_yN₂为立方晶系或非晶。

在一实施例中，上述膜电极组浸置于碱性水溶液中。

在一实施例中，M为Ni，0.069x1.086，且0.914y1.931。

在一实施例中，M为Mn，0.01x0.8，且1.2y1.99。

在一实施例中，M_xRu_yN₂的表面形貌为三角锥与四角锥。

在一实施例中，第一催化剂层的化学结构为M_xRu_yN₂，第二催化剂层的化学结构为M_xRu_y，且M_xRu_y为立方晶系。

在一实施例中，第一气液扩散层与第二气液扩散层各自包括多孔导电层。

在一实施例中，第一气液扩散层的孔径介于40微米至150微米之间，而第二气液扩散层的孔径介于0.5微米至5微米之间。