氢气是世界上最清洁的能源，它的高效制备将决定我们社会的可持续性。分水系统(WSS)利用太阳能等可再生能源发电，同时利用可充电电池储存电能，是高效获取氢气的一个有前途的策略。然而，目前可用的WSSs需要铂(Pt)或类铂贵金属电催化剂用于电池阴极上的氧还原反应(ORR)，以及阳极上的析氧反应(OER)和电解槽阴极上的析氢反应(HER)，这导致了其成本极高。最先进的电催化剂如铂对HER和ORR非常有效，而二氧化铱和二氧化钌更适合OER。铂、铱、钌和OER、ORR和HER对多种电催化剂的要求增加了WSS组件的成本，限制了WSSs的大规模应用。目前，大量研究集中在水分离系统(WSS)的开发上，用以获取氢燃料。但是目前可用的WSS是复杂的和高成本的，其中的成本主要是由于贵金属铂导致的。
来自华南师范大学、美国马里兰大学、新加坡国立大学等单位的研究人员报道了一种新型WSS，其包括太阳能电池板的发电、可充电锌-空气电池中的蓄电和电解槽中的分解水。这是由修饰在碳布上的混合钴纳米粒子/氮掺杂碳作为多功能无铂电催化剂实现的。因此，该电极表现出优异的三元电催化活性，氧还原反应的起始电位为0.94V，析氧和析氢反应的过电位分别为240 mV和73 mV，电流密度为10毫安每平方厘米。在概念验证方面，由高性能钴-碳@碳空气阴极组装而成的可充电ZAB表现出1.63V的高开路电位和1051瓦时每千克的高能量密度。此外，由对称的钴-碳@碳电极构成的整体分水电解槽在1.57V的低电压下提供10毫安每平方厘米的电流密度。这种太阳能WSS可以日夜收获氢气，这显示出其在可持续能源中的应用潜力。相关论文发表在Adv Fun Mater。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202009853
图1.Co–NC @ CC的合成及结构表征。
图2.Co–NC @ CC的化学状态和分子结构。
图3.ORR电催化性能。
图4.OER和HER的电催化性能。
图5.ZABs的电化学性质。
图6.白天和晚上的太阳能WSS的表现。
综上所述，本文开发了一种简便的生长-碳化合成的钴-碳多功能电催化剂WSS，它显示出显著的三元电催化活性和稳定性对OER、ORR、HER，显着优于那些最先进的铂/碳和铱催化剂。独特的三维多孔阵列结构、多电活性位点和独立设计导致了钴-纳米碳@纳米碳突出的三元电催化性能，从而产生了良好的反应动力学和传质性能。
此外，纳米碳管对分散良好的纳米钴颗粒的紧密保护，保证了其优异的导电性和电化学稳定性，进一步提高了三元电催化性能。作为概念验证应用，采用钴-碳@碳阴极组装的可充电ZAB表现出1.63V的高开路电位、1051瓦时每千克的出色能量密度和在5毫安时的电流密度下高达725小时的出色循环稳定性。更重要的是，由对称的钴-数控@立方电极构成的整体WSE在1.57伏的低电池电压下提供10毫安每平方厘米的电流密度，因此其具有具有高稳定性。这种新颖而神奇的策略将成为收集太阳能和氢能形式的化学能的替代和有效途径。（文：SSC）
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