2025年大学《能源化学》专业题库—— 电解水技术在能源化学中的潜力.docxVIP

2025年大学《能源化学》专业题库——电解水技术在能源化学中的潜力

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项字母填在题干后的括号内）

1.电解水过程中，在阳极发生的是（）。

A.氢离子还原反应B.氧气析出反应C.氢氧根离子还原反应D.电子得电子反应

2.下列哪种电解水方法通常使用固体氧化物电解质？（）

A.碱性电解水B.质子交换膜电解水C.阴离子交换膜电解水D.固体氧化物电解水

3.常用作碱性电解水阳极催化剂的材料是（）。

A.铂（Pt）B.钌（Ru）C.钛基氧化物（如TiO2）D.镍（Ni）

4.质子交换膜（PEM）电解水技术的主要优势之一是（）。

A.对CO2耐受性好B.成本相对较低C.操作温度较低D.能量转换效率极高

5.下列哪个指标是衡量电解槽性能的重要参数？（）

A.电流密度B.过电位C.塔菲尔斜率D.以上都是

6.镍铁合金（Ni-Fe合金）作为电解水催化剂，其主要优势在于（）。

A.高成本效益B.极高的本征活性C.良好的稳定性D.以上都是

7.电解水制氢气的主要挑战之一是（）。

A.氢气的安全性B.催化剂的成本和寿命C.电解过程的能耗D.以上都是

8.电解水技术可用于（）。

A.大规模储能B.直接发电C.二氧化碳资源化利用D.以上都是

9.提高电解水催化剂本征活性的主要途径之一是（）。

A.增加催化剂载量B.调控催化剂的电子结构C.降低电解槽操作压力D.使用更昂贵的贵金属

10.在能源化学领域，电解水技术的潜力主要体现在（）。

A.提供清洁能源载体B.改善电网稳定性C.实现多种能源转化D.以上都是

二、简答题（每小题5分，共25分）

1.简述质子交换膜（PEM）电解槽的基本工作原理。

2.比较碱性电解水法和PEM电解水法的优缺点。

3.什么是电解水的过电位？它对电解效率有何影响？

4.简述氧析出反应（OER）的挑战以及常用的催化剂材料类型。

5.电解水技术如何助力实现碳中和目标？

三、论述题（每小题10分，共30分）

1.论述提高电解水技术经济性的关键因素及可能的解决方案。

2.结合当前研究进展，分析非贵金属催化剂在电解水领域的应用前景和面临的挑战。

3.从能源化学的角度，阐述电解水制氢与其他可再生能源技术（如风能、太阳能）结合的意义和潜在模式。

试卷答案

一、选择题（每小题2分，共20分）

1.B

解析：电解水阳极发生氧化反应，对于水系电解槽，通常是水的氧化或氢氧根离子的氧化，生成氧气。

2.D

解析：固体氧化物电解水（SOEC）使用高温固体氧化物离子导体作为电解质。

3.C

解析：碱性电解水阳极通常使用钛基氧化物负载镍或其他活性组分作为催化剂。

4.C

解析：PEM电解水操作温度较低（约60-80°C），这有助于降低能耗和设备成本。

5.D

解析：电流密度、过电位、塔菲尔斜率都是评价电解槽电化学性能和效率的关键参数。

6.A

解析：镍铁合金催化剂具有成本较低、环境友好等优点，但其本征活性和稳定性通常不如贵金属或某些氧化物催化剂。

7.D

解析：电解水面临的主要挑战包括高能耗、高成本催化剂、催化剂稳定性以及大规模基础设施建设等。

8.D

解析：电解水制氢可用于储能、作为燃料电池燃料、参与CO2电化学还原等能源化学相关应用。

9.B

解析：通过理论计算设计、表面改性、缺陷工程等方式调控催化剂的电子结构，可以有效提高其本征催化活性。

10.D

解析：电解水技术能提供清洁的氢能源载体，有助于电网平衡，并能与其他能源技术耦合实现能源转化。

二、简答题（每小题5分，共25分）

1.简述质子交换膜（PEM）电解槽的基本工作原理。

解析：PEM电解槽以质子交换膜作为固体电解质，分隔阳极和阴极室。在阴极，水在催化剂作用下被还原生成氢气和氢氧根离子；氢氧根离子穿过质子交换膜到达阳极。在阳极，水或氢氧根离子被氧化生成氧气和质子；质子穿过质子交换膜回到阴极，与氢氧根离子结合生成水。电子通过外部电路从阴极流向阳极，完成整个电解过程。

2.比较碱性电解水法和PEM电解水法的优缺点。

解析：碱性电解水法优点是技术成熟、成本较低、对CO2耐受性较好；缺点是功率密度较低、通常需要高压操作、膜电极组件（MEA）的长期稳定性相对较差。PEM电解水法优点是功率密度高、响应速度快、适合与可再生能源并网；缺点是成本较高（尤其是膜和催