電解水煤漿制氫技術研究進展

朱凌岳，王寶輝，吳紅軍

（東北石油大學化學化工學院，新能源化學與環境科學實驗室，黑龍江 大慶 163318）

電解水煤漿制氫技術研究進展

朱凌岳，王寶輝，吳紅軍

（東北石油大學化學化工學院，新能源化學與環境科學實驗室，黑龍江 大慶 163318）

電解水煤漿制氫在能源消耗與產氫效率上都更優于電解水過程，并且在電解過程中可以同時達到對礦石能源凈化的目的，是一種十分值得推廣與發展的產氫新技術。本文在綜述電解水煤漿技術現狀及特點的基礎上，闡述了電解水煤漿制氫技術的原理，并以此為理論基礎概述了反應溫度、電解質種類、樣品預處理對電解水煤漿制氫的影響，綜述了國內外電解水煤漿電極材料的研究進展，并對電解水煤漿技術的發展現狀和存在的不足進行了分析與展望。指出電解水煤漿技術發展的重點方向為：降低電解水煤漿過程中的能量消耗，多使用可再生能源；深入研究反應機理，提高產氫效率，實現化學能與電能耦合向氫能的轉變；改善電極的穩定性和耐腐蝕性，使電極更加耐久并降低電極成本；通過研究新型催化電極與催化劑來提高反應的效率。

水煤漿；電解；電化學；制氫

由于全球性的能源危機，發展新的能源供應戰略勢在必行，至此許多新的能源方案在緊鑼密鼓的研究中。氫氣，被認為是未來能源戰略過程中的關鍵，它對于未來能源系統的重要性被研究者及其論著討論并且證實［1-3］。氫能同電能一樣被認為是一種能量承載者而并不是一種能量的初始來源，氫在自然界并不能以分子形式存在，而通常存在于水和碳水化合物中，由于水和碳水化合物在地球上的廣泛存在，所以對于生產氫氣的原料是不存在限制的。可以用于生產氫氣的原料有很多，例如礦物燃料（煤、天然氣、石油、生物質），水，一些含氫化合物（甲醇、乙醇、氨等），除此之外還有更多樣的原料可以用來生產氫氣。截至目前，全球96%的氫氣生產來源于礦物燃料及傳統能源，其中48%生產來源于天然氣蒸汽重整過程、30%來源于石腦油重整過程、18%來源于煤氣化過程［4］。隨著氫能應用范圍的擴大，為了有效滿足對氫能的需求，相當長一段時期礦物燃料制氫還將是最主要的方法［5］。雖然氫能被認為是一種潔凈的能源，但是其生產過程并不清潔，伴隨著對環境的負面影響，并且所使用的原料均為不可再生資源并且儲量有限，所以目前的生產方式并不符合我國新時期環境保護與可持續發展的戰略原則。

電解制氫是一種清潔可靠的制氫方法，其電能來源十分豐富，不單單來源于傳統的不可再生能源（煤、石油、天然氣等），還可以來源于再生能源（太陽能、風能、水能、潮汐能等）。通過使用再生能源作為能量來源，可以使電解制氫方法成為一種可持續清潔無污染的氫能生產過程［6-7］。目前，全球僅有4%的氫產量來源于電解方法，這遠遠低于傳統的產氫方法，至此十分有必要對電解方法制氫進行進一步的研究與開發。目前電解法制氫技術主要以電解水為主，根據水溶液中電解質的不同還有電解堿性水溶液［8］、電解固體氧化物［9］、電解聚合物［10］、電解硫化氫［11］、電解水煤漿［12］等方法，研究者們通過理論計算得出這些不同電解質的電解制氫方法的標準電極電勢分別為1.23V、1.8V、0.95V、1.8V、0.77V、0.21V。可以看出電解水煤漿的電極電勢最低，這說明電解水煤漿過程中需要更少的電能來生成氫氣，電解效率更高。此外，諸如電解醇制氫、電解微生物制氫等含氫物質轉化制氫的方法尚處于研究探索階段，就目前應用而言，電解水煤漿是最為理想的電解制氫方法。

電解水煤漿制氫不但可以降低電解產氫的電解電勢，并且可以提高產氫的效率。煤的廣泛來源與較低的開采成本使它完全可以作為用于電解產氫的理想原料。電解水煤漿早在20世紀30年代便被研究者們提出，作為煤利用的一種新的方法。通過進一步的研究，COUGHLIN和FAROOQUE［13］于1979年對電解水煤漿產氫進行了大膽的設想，從而為煤基制氫開辟了一條新的道路。隨后研究人員進行了很長一段時間的探索，并發現在酸性電解質中對水煤漿進行電解，可以在陰極得到高純度的氫氣，并且在電解過程中能夠減少煤中所含的硫化物與灰分，這樣既可以得到純凈的氫氣作為氫能源，又對煤進行了凈化，這正是一個高效的煤制氫方法，同樣也是一種清潔的煤利用方法。國內外的研究人員著眼于煤的電化學氧化研究也做了許多的工作，并且取得了很大的進展［14］，從動力學與熱力學等多方面對煤電化學氧化深入研究［15-16］，為后續對水煤漿電解制氫技術的發展打下堅實的基礎。針對煤基高效清潔制氫方法，本文根據電解水煤漿制氫技術的研究現狀與技術特點，從催化電極及電解條件兩方面對該方法進行了綜述與展望。

1 電解水煤漿的機理

由于煤復雜的化學結構與組成，導致電解水煤漿的機理十分復雜并且很難確定。在過去的幾十年里，研究者們對此進行了一系列研究，COUGHLIN和FAROOQUE［17］、OKADA［18］等分別對石墨溶液與水煤漿在電解的作用下發生的變化進行了分析與研究，以此更好的理解煤在電解的作用下結構是如何變化的，實驗過程中發現電解石墨溶液的電流要小于電解水煤漿的電流，這是因為石墨自身的惰性性質。并根據分析得出水煤漿電解的反應可以用式（1）、式（2）來表示。

其中陽極反應的平衡電極電勢為 0.21V，從熱力學角度看，電解水煤漿所需要的槽電壓要比電解水和電解NaCl溶液低得多［14］。

這里的關系式不能完全代表電解水煤漿發生的反應，這是因為煤結構在電解作用下發生的變化并沒有被考慮。換言之，很多研究者認為電解水煤漿過程是一個間接過程，在過程中存在著中間氧化物例如三價鐵離子等。事實上當煤的顆粒與陽極發生碰撞的時候，煤已經在電極表面直接被氧化了。當時對電解水煤漿的機理研究具有一定的局限性并且對于機理的理解并沒有明顯的提高。因此，這一反應的研究停滯了20年。此后，一些研究者提出陽極的氧化電流主要來源于二價鐵離子由煤中含碳組分浸入到電解液的過程。在陽極發生二價鐵離子被氧化成三價鐵離子的反應，在陰極發生了對質子的還原，將三價鐵離子還原成二價鐵離子并且作為了煤氧化的媒介［19-22］：

其中陽極 Fe3+/Fe2+標準電極電勢為 0.77V，相比煤直接氧化生成二氧化碳的標準電極電勢要高0.5V。可以看出，陰陽極反應均是高效快速的電極反應，但是這并不能意味整個反應過程均是高效的。如果僅發生二價鐵離子的氧化，則體系的電流將隨著時間按指數規律衰減，直到幾乎為 0。而在恒電位實驗過程中，開始電流緩慢衰減，隨后電流下降得越來越慢，并在相當長一段時間保持一定的值，這充分的說明二價鐵離子的氧化并非是煤漿電解氧化的唯一反應［15］。

如果煤漿的陽極氧化是按間接的電化學氧化催化機理進行的，那么，氧化還原電對在煤的氧化過程中是必不可少的。首先是高價氧化態的離子對煤中的一些基團進行了氧化，形成分子量較低的有機物并附著在煤的表面上，然后其中的一小部分會進一步在陽極上氧化生成CO2。

二價鐵離子被氧化成三價鐵離子的標準電極電勢為0.77V，與電解水煤漿實驗的電解電勢（0.75～1.0V）十分接近［17］，這更好地證明了鐵離子在煤氧化過程中具有十分重要的作用。通過電解方程式可以知道，二價鐵離子在電解水煤漿的過程中發生了電化學氧化與化學氧化兩種反應。ANTHONY和LINGE［19］通過研究得出煤被三價鐵離子氧化是一個化學反應過程并且不是一步反應具有明顯的階段性。THOMAS等［23］對煤的階段性氧化進行了進一步的研究，他們認為氧化反應發生在每一個煤顆粒的3個不同位置，分別是煤的外部表面、煤孔隙結構的內部表面和煤內部的母體上。他認為煤在氧化反應初期的時候，氧化反應主要發生在煤的表面上，而隨著時間的增加，三價鐵離子進入了煤的孔隙結構，氧化反應也隨之在其孔隙結構中發生。經過相當長一段時間，三價鐵離子侵入到煤的內部結構當中，伴隨著對煤內部結構的氧化，并使煤的內部結構被破壞暴露出更多的表面空間與孔隙結構。如果煤在被氧化的過程中只發生了化學氧化反應，而沒有電化學氧化反應，那么整個反應與電解過程無關，進而使用的是何種電極也同樣無關。而SATHE和 BOTTE等［24］在實驗中比較了在兩種不同電極（碳纖維電極和鍍鉑碳纖維電極）下的電解水煤漿反應，發現煤的氧化僅在碳纖維電極作用下發生，這說明煤的電解與電極有很大的關聯，因此間接的證明了煤的氧化過程中，不單單有化學氧化同時存在電化學氧化。OKADA等［18］研究了煤在4.15mol/L H2SO4中的氧化反應，得出在二價鐵離子的存在下，陽極主要是二價鐵離子的氧化電流。如果體系中不存在二價鐵離子，那么體系中主要的氧化反應是：①煤顆粒與電極表面碰撞直接被氧化成CO2；②從煤顆粒溶解到電解液中的組分發生電化學氧化。這說明在沒有二價鐵離子存在的情況下，煤可以發生電化學氧化反應，從而更好地證明了電解水煤漿過程中煤不單單發生了化學氧化，并且伴隨著電化學氧化過程。

公旭中等［25］認為煤中的礦物質起到了很大的作用，導致間接或直接的氧化。公旭中等對褐煤煤漿進行電解實驗并得到結果，認為礦物質在電解過程中通過在煤顆粒表面形成薄膜并作為金屬離子遷移到電解質中參與到了電解反應。另一方面，金屬離子遷移到電解質中導致了電解水煤漿的電解電勢降低。

圖1 電解水煤漿制氫（Rn+/Om-為氧化還原電對）

根據對煤電化學氧化過程的研究，可以明確在電解水煤漿的過程中二價鐵離子的氧化并非唯一的反應，而是發生了化學氧化并伴隨一系列復雜的電化學氧化反應。目前，電解水煤漿制氫所面臨的困難是較低的產率與效率，如果能夠對電解水煤漿的反應機理更進一步的認識，有助于對水煤漿電解反應條件的調控，從而可以通過改變反應條件來得到一個理想的產率與效率。

2 電解水煤漿制氫的影響因素

2.1 溫度與電解電壓的影響

若電解水煤漿制氫體系中沒有鐵離子存在，通過電解將煤氧化需要很大的電壓，并且煤十分難被氧化。而在鐵離子存在的情況下，煤在較低的電壓下既發生了氧化反應，并且生成氫氣的量和電流密度隨著槽電壓的增加而增加。當電壓從1.0V增加到2.0V的時候生成氫氣的量增加了1.5倍，同樣的結果電流密度也增加了1.5倍，并且在較低電壓時電流密度隨電壓的改變影響不大，當電壓增加到0.7V時，電流發生了很明顯的變化，由此可以判斷出煤發生了劇烈的氧化反應［26］。

根據COUGHLIN和FAROOQUE［17］的實驗可以知道，生成氫氣的量隨著溫度的升高而增加，并且指出高溫（200～600℃）有利于煤中的有機物的氧化，但由于高溫反應過程過于復雜并且難以控制，所以后續的實驗多選擇在較低溫度下進行（40～100℃）。在后續的研究當中，當槽電壓為1.0V時，溫度從40℃升高到100℃，氫氣的生成量從143mL提高到268mL；在槽電壓為2.0V時，氫氣生成量從386mL提高到了776mL，可以看出槽電壓與溫度對氫氣的生成量有著很大的影響，并且可以通過對溫度與槽電壓的調整使氫氣的生成效率更高［26］。此外，電流密度也隨著槽電壓和溫度的增加而變大。這樣的結果可以說明，提高溫度和提高槽電壓是提升水煤漿電解氧化制氫效率的有效方法，另一方面升高溫度可以減少活化能，并且可以提高氧化反應的反應速率［27］。此外，溫度對煤粉在硫酸體系中的溶解性及電解液的電導率也有一定的影響［12］。

2.2 電解質的選擇

電解質的選擇可以解決電解體系中的傳質與供氫的問題，所以對于煤電化學氧化制氫的過程是十分重要的。多數電解水煤漿制氫的實驗選擇使用無機酸作為電解質，例如硫酸、鹽酸、高氯酸等［28-30］。公旭中等［31］通過實驗得出酸性條件下電解水煤漿的槽電壓要比電解酸溶液的槽電壓要低，并且其電壓會隨著電解水煤漿的煤階的升高而升高。印仁和等［32］在實驗過程中選擇硫酸作為電解質，發現電流密度會隨著硫酸的濃度增加而增加，這也充分證明了酸性電解質對于水煤漿的電解反應有很大的促進作用。在酸性電解液中，可以為電解水煤漿過程提供更多的氫離子從而可以促使反應向生成氫氣的方向偏移，從而使生成氫氣的效率提高。并且酸性介質中更有利于二價鐵離子的存在，增加二價鐵離子與電極表面的碰撞概率，從而生成更多的三價鐵離子與煤顆粒進行反應。印仁和等［33］在接下來的實驗中發現鹽酸電解質更加適合電解水煤漿制氫，電解過程中有較硫酸更高的電解氧化電流。這是因為氯離子更加容易被吸附在煤顆粒的表面，從而提高煤固體粒子從煤顆粒到陽極的遷移量，提高了煤固體粒子與電極的碰撞概率。同時他還發現 K3Fe（CN）6在鹽酸電解質中對電解水煤漿反應有極好的催化效果，陰極可以收集到大量純凈的氫氣，并且電解效率達到98%以上，具有很高的應用前景。

也有很多實驗選擇在堿性體系下進行，這是因為在堿性體系下煤具有較高液化率，可以在氧化過程中生成大量的腐殖酸作為附加產物，并且金屬氧化物改性電極具有更高的催化活性［34-35］。與在酸性水煤漿電解反應不同的是，煤在堿性介質中可以作為一種去極化劑，SENFTLE等［36］發現氧化反應優先發生于芳香層的邊緣，產生堿溶性的組分，并且在電解過程中減少了煤中有機硫的含量。

王超等［37］用鉛電極在DMF和EtOH混合電解液中對水煤漿進行電解，保持一個高溶解度和寬電壓窗口狀態，確保反應電流的穩定。電解后生成氫氣的量和液化量均有明顯提高，煤的結構發生了明顯的變化，這說明煤在有機電解質中也可以發生電解反應，并且生成氫氣。除此之外，還可以在電解過程中將煤直接液化，提高了水煤漿電解效率。

對于電解質的選擇，需要根據實驗中的其他條件與對反應產物的期望值判斷，酸性、堿性與有機溶劑電解質在電解水煤漿過程中均有很好的效果，均可以在陰極得到純凈的氫氣。

2.3 煤的預處理對水煤漿電解的影響

煤的預處理可以打破煤的網狀結構，擴大煤表面的孔隙結構，增加被困在網絡結構中的小分子有機物的流動性。在進行實驗前通常會對煤進行粉碎處理，這樣可以大大減小煤的粒徑，從而達到擴大其表面孔隙面積的目的［38］。張磊［39］在其實驗中討論了煤粒徑對水煤漿電解制氫的影響，他通過對原煤進行處理，并對處理后的煤樣進行觀察得到，煤球磨處理時間越長，煤顆粒的平均粒徑越小，比表面積越大。但是在電解實驗過程中發現，并不是球磨時間越長的煤樣其氫氣產量最多，其分析這可能是酸性體系中，沒有加入分散劑，過細的煤樣在溶液中發生了團聚，導致煤樣結塊，減少了其比表面積，降低了反應速率。因此對煤粒徑的預處理需要適當，才能達到最好的反應效果。

微波預處理可以影響煤的組成、孔隙結構、煤階、官能團以及煤的燃燒特性。通過超聲波對煤樣進行預處理，這樣可以強化固液傳質，還可以鞏固水煤漿的穩定性［40］。KUZNETSOV等［41］利用電子束對煤樣進行了預處理，發現電子束可以影響煤的加氫活性，并且在預處理過程中得到了可溶性小分子產品。YANGAWA等［42］研究了Xe燈對煤的預處理，發現在 Xe燈的照射下，苯對低階煤的萃取率大幅提高。這些輻照方法當中，γ射線照射時能量最強并且投射能力最好，可以使已經結塊的煤變成更小的煤顆粒同時釋放出較小的分子，過程中伴隨有水和過氧化氫的加入，有助于煤結構中的大分子的化學鍵斷裂，并且有助于小分子的形成［43］。

許多研究者指出，對煤的預處理除了對其物理粉碎、微波處理之外，還可以通過溶劑溶解進行洗煤。ABOUSHABANA等［44］在實驗中指出酸消解和過氧化氫對煤預處理可以提高電解水煤漿氫氣的產量。這種方法可以改性煤表面的含氧官能團并且可以增加煤的表面積提高煤表面對于化學與電化學反應的可訪問性。其他有機溶劑也可以用于洗煤，例如在四氫呋喃、甲苯、吡啶、N-甲基吡咯烷酮和其他混合有機烴類溶劑的作用下，煤網狀結構中的非共價鍵可以被破壞和釋放，使煤由原來的大分子穩定結構轉變成相對分子較小的易氧化結構，從而使電解過程中煤被氧化的反應更加容易進行［45-47］。這些傳統的溶劑易揮發、有毒，并且難以回收，因此要今后要開發更加高效、綠色、可回收的溶劑。

離子液體由于具有特殊的物理化學性質，例如低熔點、非易燃性、可回收性與很低且可忽略不計的波動性，已經被廣泛使用為新型的溶劑。萃取率和溶脹性實驗結果表明［Bmim］Cl離子液體對于褐煤的預處理有很好的效果，經過處理后的褐煤進行電解，煤顆粒表面形成了松散堆積的結構，煤分子中的橋鍵發生了斷裂。處理后煤的液化率為57%要比原煤電解高13%［48］。

3 電解水煤漿制氫的高活性電極

要想使電解水煤漿制氫技術應用到實際，首先要解決的是如何提高反應速率。而要提高反應速率的關鍵，則是尋求一種具有較高催化活性并且穩定的電極。可以用作電極的材料有很多，但是要尋求一種高效并且要考慮到實際應用過程中的經濟可行性的電極是十分困難的。研究者們針對這一工作進行了很多研究。

3.1 金屬和金屬合金電極

FAROOQUE和COUGHLIN［17］在電解水煤漿的過程中只嘗試使用了Pt和石墨兩種電極，而且經過后人的實驗，這兩種電極在電解水煤漿的過程中的電流密度大小沒有太大的區別，效果也不盡人意。所以PATIL和BOTTE等［49］針對一些貴金屬進行了實驗，他們測量了多種電極在電解過程中的電流密度，以確定一種可以明顯使電流密度增加的電極材料。實驗使用了Pt、Pt-Rh、Pt-Ir、Pt-Ru和鍍鉑的鈦電極，通過對結果的分析得出，Pt-Ir電極表現最為突出，具有較高的電流密度，并且通過進一步調整優化電極的金屬比例可以增強該電極的電解性能，實驗指出Pt-Ir（60∶40）比Pt-Ir（80∶20）具有更高的電流密度。在實驗過程中，PATIL等［49］提出了在水煤漿電解的過程中二價鐵離子和三價鐵離子的正協同效應。

3.2 以碳纖維為基底的貴金屬電極

接下來，BOTTE等［24］將貴金屬附著在碳纖維上，形成一種以碳纖維為基底的金屬催化電極。在研究過程中，她發現 Rh可以提高碳纖維的導電性并且可以穩定附著在碳纖維結構上的金屬離子，同時碳纖維是一種很好的分散劑，可以用來增強對煤的電解氧化，這是由于碳纖維的層流結構可以有效的去除煤顆粒表面的氧化薄膜，防止煤顆粒結塊。她對不同的新型碳纖維貴金屬電極（Pt、Rh、Pt-Rh、Pt-Ir和 Pt-Rh-Ir）在恒電流作用下對煤和石墨的氧化效果進行了實驗。研究者們發現，無論在較高或較低的催化劑載量的情況下，Ir對電解石墨溶液和水煤漿均沒有明顯的影響，而單獨使用Rh或者聯合Pt或Pt-Ir使用并不利于水煤漿的電解反應，只有Pt和Pt-Ir有較高的催化活性。在相同的載量情況下，實驗表明Pt-Ir要更優于其他負載的金屬并且要優于負載Pt的電極，這是因為Pt-Ir更加突出的抗腐蝕性。最終研究者得出結論，附著Pt-Ir的碳纖維電極是一種較為理想的電解水煤漿制氫的電極，其具有很好的抗腐蝕性，在經過長時間電解后重量損失僅為1%。在使用這些電極對水煤漿進行電解時，在相同的電解條件下生成等量氫氣所需的能量要比電解水低50%，足以看出電解水煤漿制氫的高效性［50］。

3.3 鈦基高活性催化電極

印仁和等［35］研究了 Ti/Pt-Fe、Ti/TiO2-Pt和Ti/TiO2-Pt-Ru電極用于酸性介質中對水煤漿的電解氧化，并發現Ti/Pt-Fe表現的最為活躍。Pt-Fe合金附著在鈦板表面制成金屬氧化物改性電極同樣有很好的表現。進而研究了（a）TiO2/Pt；（b）TiO2/Pt-Co3O4；（c）TiO2/Pt-NiO；（d）TiO2/Pt-Co3O4-NiO；（e）TiO2/Pt；and （f）TiO2-Cu/Pt。Co3O4和 NiO的催化活性，通過對實驗結果的分析NiO或Co3O4改性的 TiO2/Pt電極具有最好的催化活性。由于二氧化鈦可以增強電極的導電性，所以可以用做電解水煤漿電極的基底，再將鉑納米顆粒均勻的鍍在二氧化鈦的表面上，既得到 TiO2/Pt電極。根據對實驗收集到的氣體進行分析，NiO和Co3O4對TiO2/Pt改性的電極對煤的氧化活性最高，兩種金屬氧化物在電解過程中都可以生成羥基自由基，用來提高對煤的電化學氧化特性［51］。印仁和等［52］還對鈦基的還原陰極進行了研究，利用電化學陽極氧化與電沉積技術制備出了層狀納米TiO2/Ni-W-B電極。該電極具有廣泛的微觀和光譜技術特點，電極的活性組分很容易被吸附在煤具有大比表面積的層狀多孔網絡結構中形成活性中心，從而促進了還原反應的進行與生成產物的擴散。

3.4 碳纖維雙金屬電極

由于所使用的貴金屬在生產過程中會造成成本過高，所以仍然需要對電極材料進行更進一步的研究。BOTTE等［53］研究了在碳纖維上附著雙金屬PT-Fe電極，合成后的Pt-Fe顆粒可以均勻的附著在碳纖維的表面。BOTTE指出鐵和鉑對水煤漿的電解反應都有很好的催化作用，并且鐵的引進可以大大減少電極的制造成本，為下一步實際應用的研究提供很好的基礎。在實驗過程中，通過電化學測試表明，添加鐵的催化電極相比于純鉑的催化電極具有更好的催化活性與轉換活性。并且指出，Pt-Fe以1∶1比例負載在碳纖維上的電極催化活性要比7∶3和3∶7比例的電極高。

4 結 語

能源危機與環境污染已經嚴重的威脅我國的經濟發展，對于氫能的研究與利用將是我國能源安全戰略的重要保證。同時根據我國的國情，煤炭的清潔高效利用已經是勢在必行，如何能夠清潔環保、高效地利用煤炭資源將成為煤炭領域研究的主要方向。電解水煤漿制氫技術是一種十分重要的方法，如何能夠提高效率減少能耗是技術研發的關鍵。根據目前的研究現狀，該技術未來應該針對以下幾個方面著力研究。

（1）在研究高活性的催化電極的同時，應考慮改善電極穩定性與耐腐蝕性，使電極更加長效；研究資源更為豐富的電極材料，從經濟性上考慮產氫成本，為技術能夠工業化做鋪墊；努力提高催化電極的選擇性，強化反應的轉化率，在產氫的同時，得到更多的化學產品。

（2）實現在溫和的條件下得到盡量高的產品收率，盡量降低體系中外加能量的消耗，或應該考慮使用綠色可持續能源對體系中所需能量進行替換，例如太陽能、風能、水能等。

（3）通過各種分析手段對電解水煤漿的機理與動力學進行分析，從理論上剖析體系中的反應，從根本上提高反應的效率，實現化學能與電能耦合向氫能的轉變。

（4）未來的實驗應該集中在電極的耐久性測試以及催化電極與反應催化劑的研發，用以提高反應的效率，使這種高效清潔的煤利用技術能夠真正應用到實際。

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Review on electrochemical splitting of coal water slurry for hydrogen

ZHU Lingyue，WANG Baohui，WU Hongjun
（Lab of New-Energy Chemistry & Environmental Science，School of Chemistry & Chemical Engineering，Northeast Petroleum University，Daqing 163318，Heilongjiang，China）

Hydrogen generation from coal water slurry，which has a better efficiency in hydrogen production from coal water slurry than water splitting as well as purification of fossil fuels，is a worth promoting technology of hydrogen production. The basic principle of coal water slurry electrolysis based on its characteristics and current situations was discussed in this paper. The effects of the temperature，electrolyte and pretreatment of the sample were summarized according to the reaction mechanism of the electrolysis. The progress of the research on electrode materials in the electrolysis of coal water slurry was reviewed，and the present situation of electrolysis of water coal slurry technology and the existing problems were analyzed and prospected. The key direction of technology development was pointed out：①The energy consumption in the process of electrolysis of coal water slurry was reduced and the renewable energy was maximize used；②The mechanisms and kinetics of the reaction have been studied deeply with the purpose of improving the efficiency of hydrogen production，chemical energy and electricity；③Improve the stability and corrosion resistance of the electrode to implement the durable and the low-cost of electrode；and ④The efficiency of the reaction was improved by studying the new catalytic electrode and catalyst.

coal water slurry；electrolysis；electrochemistry；hydrogen production

TQ 536

A

1000-6613（2016）10-3129-07

10.16085/j.issn.1000-6613.2016.10.016

2016-01-27；修改稿日期：2016-07-01。

國家自然科學基金項目（21376049， 21306022）。

朱凌岳（1987—），男，博士研究生。聯系人：王寶輝，教授，博士生導師。E-mail wangbh@nepu.edu.cn。