TWI675127B - 膜電極組與電解產氫的方法 - Google Patents

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Abstract

電解產氫的方法，包括：將膜電極組浸置於鹼性水溶液中，其中膜電極組包括：陽極，包括第一觸媒層於第一氣液擴散層上；陰極，包括第二觸媒層於第二氣液擴散層上；以及陰離子交換膜，夾設於陽極的第一觸媒層與陰極的第二觸媒層之間，其中第一觸媒層、第二觸媒層、或上述兩者的化學結構為MxRuyN2，其中M為Ni、Co、Fe、Mn、Cr、V、Ti、Cu、或Zn，0<x<1.3，0.7<y<2，且x+y=2，其中MxRuyN2為立方晶系或非晶；以及施加電位至陽極與陰極以電解鹼性水溶液，使陰極產生氫氣，並使陽極產生氧氣。

Description

膜電極組與電解產氫的方法
本揭露關於膜電極組，以及採用膜電解組之電解產氫的方法。
在能源短缺的現今，尋求替代能源勢在必行，而氫能為最佳的替代能源。由於環境保護的觀念，使用氫氣做為燃料符合環保期待，電解水是製造氫氣與氧氣的最簡單方式。儘管利用電解水產氫具有相當多的優點，但是在大量產氫的過程卻具有致命的缺點，即耗費相當多的能量導致不符成本。能量消耗多與過電位過大有關，而過電位與電極、電解液、及反應生成物有關。為提升電解水效率，電極扮演重要角色。降低活化能及增加反應的界面為電解水效率的重要因素。活化能降低是受電極表面催化的影響，其取決於電極材料本身催化特性。雖然貴金屬Pt一直是最具催化效果的電極材料之一，但其價格相當昂貴。為減低成本，必須採用其他材料取代Pt。
綜上所述，目前需要新的觸媒組成進一步提升產氫反應(HER)與產氧反應(OER)的活性，以兼顧觸媒活性與降低成本的目的。
本揭露一實施例提供之膜電極組，包括：陽極，包括第一觸媒層於第一氣液擴散層上；陰極，包括第二觸媒層於第二氣液擴散層上；以及陰離子交換膜，夾設於陽極的第一觸媒層與陰極的第二觸媒層之間，其中第一觸媒層、第二觸媒層、或上述兩者的化學結構為MxRuyN2，其中M為Ni、Co、Fe、Mn、Cr、V、Ti、Cu、或Zn，0<x<1.3，0.7<y<2，且x+y=2，其中MxRuyN2為立方晶系或非晶。
在一實施例中，上述膜電極組係浸置於鹼性水溶液中。
在一實施例中，M為Ni，0.069<x<1.086，且0.914<y<1.931。
在一實施例中，M為Mn，0.01<x<0.8，且1.2<y<1.99。
在一實施例中，MxRuyN2的表面形貌為三角錐與四角錐。
在一實施例中，第一觸媒層的化學結構為MxRuyN2，第二觸媒層的化學結構為MxRuy，且MxRuy為立方晶系。
在一實施例中，第一氣液擴散層與第二氣液擴散層各自包括多孔導電層。
在一實施例中，第一氣液擴散層的孔徑介於40微米至150微米之間，而第二氣液擴散層的孔徑介於0.5微米至5微米之間。
本揭露一實施例提供之電解產氫的方法，包括： 將膜電極組浸置於鹼性水溶液中，其中膜電極組包括：陽極，包括第一觸媒層於第一氣液擴散層上；陰極，包括第二觸媒層於第二氣液擴散層上；以及陰離子交換膜，夾設於陽極的第一觸媒層與陰極的第二觸媒層之間，其中第一觸媒層、第二觸媒層、或上述兩者的化學結構為MxRuyN2，其中M為Ni、Co、Fe、Mn、Cr、V、Ti、Cu、或Zn，0<x<1.3，0.7<y<2，且x+y=2，其中MxRuyN2為立方晶系或非晶；以及施加電位至陽極與陰極以電解鹼性水溶液，使陰極產生氫氣，並使陽極產生氧氣。
在一實施例中，第一觸媒層的化學結構為MxRuyN2，第二觸媒層的化學結構為MxRuy，且MxRuy為立方晶系。
11‧‧‧陽極
11A、15A‧‧‧氣液擴散層
11B、15B‧‧‧觸媒層
13‧‧‧陰離子交換膜
15‧‧‧陰極
100‧‧‧膜電極組
圖1為一實施例中，膜電極組的示意圖。
圖2為一實施例中，Ru觸媒與NixRuy觸媒的OER曲線。
圖3為一實施例中，Ru2N2觸媒NixRuyN2觸媒的OER曲線。
圖4為一實施例中，Ru觸媒與NixRuy觸媒的HER曲線。
圖5為一實施例中，Ru觸媒與NixRuyN2觸媒的HER曲線。
圖6為一實施例中，Ni2N2觸媒與MnxRuyN2觸媒的OER曲線。
圖7為一實施例中，Ni2N2觸媒與MnxRuyN2觸媒的HER曲線。
圖8、圖9、與圖11為實施例中，膜電極組的電流-電壓曲線。
圖10為一實施例中，膜電極組長時間操作後的電流圖。
本揭露一實施例提供之氮化物觸媒，其化學結構為：MxRuyN2，其中M為Ni、Co、Fe、Mn、Cr、V、Ti、Cu、或Zn，0<x<1.3，0.7<y<2，且x+y=2，其中氮化物觸媒為立方晶系或非晶。若氮化物觸媒為其他晶系如六方晶系，其於HER的催化效果比市售的Pt觸媒還低。在一實施例中，M為Ni，0.069<x<1.086，且0.914<y<1.931。在一實施例中，M為Mn，0.01<x<0.8，且1.2<y<1.99。若x過小(即y過大)，則活性與穩定性不佳。若x過大(即y過小)，則活性與穩定性不佳。在一實施例中，氮化物觸媒的表面形貌為三角錐與四角錐。此表面形貌可能有助於氮化物觸媒抗氧化，即適於作為OER的陽極。
本揭露一實施例提供之氮化物觸媒的形成方法，包括：將Ru靶材與M靶材置於含氮氣的氛圍中，其中M為Ni、Co、Fe、Mn、Cr、V、Ti、Cu、或Zn。分別提供功率至Ru靶材與M靶材；以及提供離子撞擊Ru靶材與M靶材，以濺鍍沉積MxRuyN2於基材上，其中0<x<1.3，0.7<y<2，且x+y=2，其中氮化物觸媒為立方晶系或非晶。在一實施例中，含氮氣的氛圍壓力介於1mTorr至30mTorr之間。若含氮氣的氛圍壓力過低，則無法進行有效氮化反應。若含氮氣的氛圍壓力過高，則無法進行有效氮化反應。在一實施例中，含氮氣的氛圍包含載氣如氦氣、氬氣、其他合適的鈍氣、或上述之組合，且氮氣與載氣的分壓比例介於0.1至10之間。若氮氣的分壓比例過低，則無法進行有效氮化反應。若氮氣的分壓比例過高，則無法進行有效 氮化反應。上述方法分別提供功率至Ru靶材與M靶材。舉例來說，提供至Ru靶材的功率介於10W至200W之間。若提供至Ru靶材的功率過低，則氮化物觸媒中的Ru比例過低。若提供至Ru靶材的功率過高，則氮化物觸媒中的Ru比例過高。另一方面，提供至M靶材的功率介於10W至200W之間。若提供至M靶材的功率過低，則氮化物觸媒中的M比例過低。若提供至M靶材的功率過高，則氮化物觸媒中的M比例過高。上述功率可為直流電功率或射頻功率。
上述方法亦提供離子撞擊Ru靶材與M靶材，以濺鍍沉積MxRuyN2於基材上。舉例來說，可電漿激發氮氣與載氣以形成離子，並使離子撞擊靶材。在一實施例中，基材包括多孔導電層，比如多孔的金屬網(如不鏽鋼網、鈦網、鎳網、鎳合金網、鈮合金網、銅網、或鋁網)或多孔碳材(如碳紙或碳布)。多孔導電層的孔徑取決於MxRuyN2的用途。舉例來說，若具有MxRuyN2於其上的多孔導電層作為電解鹼性水溶液的陰極(用於HER)，則多孔導電層的孔徑介於0.5微米至80微米間。若具有MxRuyN2於其上的多孔導電層作為電解鹼性水溶液的陽極(用於OER)，則多孔導電層的孔徑介於40微米至150微米之間。
在一實施例中，上述氮化物觸媒可用於電解產氫的膜電極組。如圖1所示，膜電極組100包括陽極11、陰極15、與陰離子交換膜13，且陰離子交換膜13夾設於陽極11與陰極15之間。陽極11包括觸媒層11B於氣液擴散層11A上，而陰極15包括觸媒層15B於氣液擴散層15A上。此外。陰離子交換膜13，夾設於陽極11的觸媒層11B與陰極15的觸媒層15B之間。觸媒層 11B、觸媒層15B、或上述兩者的化學結構為MxRuyN2，而M、x、與y的定義同前述，在此不重複。
在一實施例中，陰離子交換膜13可為含鹵素離子之咪唑高分子或其他合適材料。舉例來說，陰離子交換膜13可為購自Fumatech之FAS或購自Dioxide materials之X37-50。由於膜電極組100用於電解鹼性水溶液產氫，因此採用陰離子交換膜13而非其他離子交換膜。
在一實施例中，氣液擴散層11A與氣液擴散層15A各自包括多孔導電層，比如多孔的金屬網(如不鏽鋼網、鈦網、鎳網、鎳合金網、鈮合金網、銅網、鋁網)或多孔碳材(如碳紙或碳布)。在一實施例中，氣液擴散層11A的孔徑介於40微米至150微米之間。若氣液擴散層11A的孔徑過小，則增加質傳阻抗。若氣液擴散層11A的孔徑過大，則喪失活性面積。在一實施例中，氣液擴散層15A的孔徑介於0.5微米至5微米之間。若氣液擴散層15A的孔徑過小，則增加質傳阻抗。若氣液擴散層15A的孔徑過大，則喪失活性面積。在一些實施例中，氣液擴散層11A可與氣液擴散層15A具有相同的孔徑，而觸媒層11B與觸媒層15B可具有相同元素比例的MxRuyN2。換言之，陽極11與陰極15可為相同電極(相同孔徑的氣液擴散層及相同元素比例的觸媒層)，以節省加工程序。
在其他實施例中，陽極11的氣液擴散層11A與陰極15的氣液擴散層15A之孔徑不同及/或組成不同，或者陽極11的觸媒層11B與陰極15的觸媒層之元素組成或元素比例不同，端視需求而定。舉例來說，觸媒層11B的化學結構為MxRuyN2， 觸媒層15B的化學結構為MxRuy，且MxRuy為立方晶系。在一實施例中，MxRuy的表面形貌為粒狀。在其他實施例中，陽極11或陰極15可為市售電極(具有其他觸媒層)，而另一者的觸媒層可為上述的氮化物觸媒MxRuyN2。
上述膜電極組可用於電解產氫。舉例來說，可將膜電極組浸置於鹼性水溶液中。舉例來說，鹼性水溶液可為NaOH、KOH、其他合適的鹼類、或上述之組合的水溶液。在一實施例中，鹼性水溶液的pH值大於14且小於15。若鹼性水溶液的pH值過低，則導電度不佳。若鹼性水溶液的pH值過高，則溶液黏度過高。上述方法亦施加電位至陽極與陰極以電解鹼性水溶液，使陰極產生氫氣，並使陽極產生氧氣。
綜上所述，本揭露實施例之氮化物觸媒符合電解鹼性水溶液產氫的需求。在HER部分，氮化物觸媒可解決習知觸媒的催化效果不佳、導電性不良、與抗蝕性低的問題。在OER部分，氮化物觸媒可解決習知觸媒的催化效果不佳、導電性不良、抗氧化耐蝕性低等問題。氮化物觸媒需具備高導電能力，與高HER及OER的電化學活性。本揭露實施例的氮化物觸媒在擴散觀點中，於低溫下的晶界擴散係數遠大於體擴散係數。由於氮化物觸媒中添加的雜質原子M可填充於晶界，可阻隔原子經由晶界擴散，以改善其效能。氮化物觸媒的快速擴散路徑如晶界等，可被某些材料填充，以阻止相鄰的材料原子經由晶界或其它缺陷擴散。藉由插入晶界縫細隙的氮原子，可大量減少原子經由晶界擴散的機會。綜上所述，採用氮化物可增加抗氧化及材料穩定性。由於氮化物觸媒的導電佳，在兼顧活性與成 本下，以Ru(與Pt活性相近)結合M可得高導電度與電化學活性的氮化物觸媒。
為了讓本揭露之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數實施例配合所附圖示，作詳細說明如下：
實施例
製備例1
採用反應磁控濺鍍機台，在玻璃碳電極(5mm OD×4mm H)上沉積Pt觸媒。將Pt靶材置入濺鍍機台中，施加功率至Pt靶材，並將氬氣(流速為20sccm)通入機台，且機台內的壓力為30mTorr。以氬離子撞擊Pt靶材，於室溫下進行濺鍍5至6分鐘，以形成膜厚約100nm的Pt觸媒於玻璃碳電極上，觸媒披覆量為0.042mg。
製備例2
採用反應磁控濺鍍機台，在玻璃碳電極(5mm OD×4mm H)上分別沉積不同元素比例的NixRuy觸媒。將Ni靶材與Ru靶材置入濺鍍機台中，調整施加至Ni靶材的功率10至200W之間與Ru靶材的功率10至200W之間，並將氬氣(流速為20sccm)通入機台，且機台內的壓力為20mTorr。以氬離子撞擊Ni靶材與Ru靶材，於室溫下進行反應式濺鍍5至6分鐘，以形成膜厚約100nm的NixRuy觸媒於玻璃碳電極上，觸媒披覆量為0.024mg。由EDS分析NixRuy觸媒，x介於約0.065至0.85之間，而y介於約1.935至1.15之間。由SEM分析NixRuy觸媒，其表面形貌為粒狀。由X射線繞射(XRD)分析NixRuy觸媒，其為立方晶系。另一方面， 可只將Ru靶材置入濺鍍機台中，以類似參數形成膜厚約100nm的Ru觸媒於玻璃碳電極上，觸媒披覆量為0.024mg。
製備例3
採用反應磁控濺鍍機台，在玻璃碳電極(5mm OD×4mm H)上分別沉積不同元素比例的NixRuyN2觸媒。將Ni靶材與Ru靶材置入濺鍍機台中，調整施加至Ni靶材的功率10至200W之間與Ru靶材的功率10至200W之間，並將氮氣與氬氣(流速為20sccm)通入機台，氮氣/(氬氣+氮氣)=50%，且機台內的壓力為20mTorr。以氬離子撞擊Ni靶材與Ru靶材，於室溫下進行反應式濺鍍5至6分鐘，以形成膜厚約100nm的NixRuyN2觸媒於玻璃碳電極上，觸媒披覆量為0.024mg。由EDS分析NixRuyN2觸媒，x介於約0.069至1.086之間，而y介於約1.931至0.914之間。由SEM分析NixRuyN2觸媒，其表面形貌為三角錐與四角錐。由XRD分析NixRuyN2觸媒，其為立方晶系或非晶。另一方面，可只將Ru靶材置入濺鍍機台中，以類似參數形成膜厚約100nm的Ru2N2觸媒於玻璃碳電極上，觸媒披覆量為0.024mg。
實施例1
將上述Pt、Ru、Ru2N2、NixRuy、與NixRuyN2觸媒，進行OER電化學活性測試如下。在0.1MKOH溶液中，分別取Pt、Ru、Ru2N2、NixRuy、與NixRuyN2觸媒形成其上的玻璃碳電極作為工作電極。取Hg/HgO作為參考電極，並取鉑作為輔助電極。掃瞄電壓範圍：-0.8~1V，掃描速度為50mV/s，掃瞄次數為10次。接著進行OER之CV量測，掃瞄電壓範圍：-0.8~0.1V，掃描速度為10mV/s，且掃瞄次數為5次。上述OER結果如圖2(Ru與NixRuy) 與圖3(Ru2N2與NixRuyN2)所示，橫軸為相對於可逆氫電極(Reverible hydrogen electrode，RHE)的電位(V)，縱軸為電流密度(J，mA/cm2)。如圖2所示，純Ru觸媒層無OER活性，而添加Ni的Ru觸媒活性明顯提升。如圖3所示，Ru2N2觸媒活性遠高於Ru觸媒活性，而添加適量Ni的Ru2N2觸媒(即NixRuyN2觸媒)的活性可大幅提升。舉例來說，NixRuyN2的x介於0.4至1.1之間時，可具有較佳效果。部份觸媒的比較如表1所示：
由表1可知，OER中的Ni0.29Ru1.71與Ni0.46Ru1.53N2觸媒的電流密度，均高於鉑膜觸媒的電流密度。不過NixRuy無抗氧化能力，因此不適於應用於OER。換言之，Ni0.46Ru1.53N2比鉑膜觸媒更適用於OER。
實施例2
將上述Pt、Ru、Ru2N2、NixRuy、與NixRuyN2觸媒，進行HER電化學活性測試如下。在0.1MKOH溶液中，分別取Pt、Ru、Ru2N2、NixRuy、與NixRuyN2觸媒形成其上的玻璃碳電極作為工作電極。取Hg/HgO作為參考電極，並取鉑作為輔助電極。在HER量測部分，工作電極的轉速為1600rpm，掃瞄電壓範圍：0~1V，掃描速度為10mV/s，掃瞄次數為3次。上述HER結果如圖4(Ru與NixRuy)與圖5(Ru與NixRuyN2)所示，橫軸為相對於 可逆氫電極(RHE)的電位(V)，縱軸為電流密度(J，mA/cm2)。如圖4所示，添加Ni的Ru觸媒(即NixRuy)活性明顯高於Ru觸媒。部份觸媒的比較如表2所示：
由上述可知，HER中的Ni0.06Ru1.93與Ni1.2Ru0.8N2觸媒的電流密度，均高於鉑膜觸媒的電流密度。換言之，Ni0.29Ru1.71與Ni0.46Ru1.53N2觸媒均比鉑膜觸媒更適用於HER。
製備例4
採用反應磁控濺鍍機台，在玻璃碳電極(5mm OD×4mm H)上分別沉積不同元素比例的MnxRuyN2觸媒。將Mn靶材與Ru靶材置入濺鍍機台中，調整施加至Mn靶材的功率(10至200W之間)與Ru靶材的功率(10至200W之間)，並將氮氣與氬氣(流速為20sccm)通入機台，氮氣/(氬氣+氮氣)=50%，且機台內的壓力為20mTorr。以氬離子撞擊Mn靶材與Ru靶材，於室溫下進行反應式濺鍍5至6分鐘，以形成膜厚約100nm的MnxRuyN2觸媒於玻璃碳電極上，觸媒披覆量為0.024mg。由EDS分析MnxRuyN2觸媒，x介於約0.01至0.8之間，而y介於約1.2至1.99之間。由SEM分析MnxRuyN2觸媒，其表面形貌為三角錐與四角錐。由XRD分析MnxRuyN2觸媒，其為立方晶系或非晶。
實施例3
將上述MnxRuyN2觸媒，進行OER電化學活性測試如下。在0.1MKOH溶液中，取MnxRuyN2觸媒形成其上的玻璃碳電極作為工作電極。取Hg/HgO作為參考電極，工作電極的轉速為1600rpm，並取鉑作為輔助電極。掃瞄電壓範圍：-0.8~1V，掃描速度為50mV/s，掃瞄次數為10次。接著進行OER之CV量測，掃瞄電壓範圍：-0.8~0.1V，掃描速度為10mV/s，且掃瞄次數為5次。上述OER結果如圖6(Ni2N2與MnxRuyN2)所示，橫軸為相對於可逆氫電極(RHE)的電位(V)，縱軸為電流密度(J，mA/cm2)。如圖6所示，添加適量Mn的Ru2N2觸媒(即MnxRuyN2觸媒)的活性可大幅提升。舉例來說，MnxRuyN2的x介於0.3至0.7之間時，可具有較佳效果。部份觸媒的比較如表3所示：
由表3可知，OER中的Mn0.323Ru1.677N2觸媒的電流密度，高於鉑膜觸媒的電流密度。換言之，Mn0.323Ru1.677N2觸媒比鉑膜觸媒更適用於OER。
實施例4
將MnxRuyN2觸媒進行HER電化學活性測試如下。在0.1MKOH溶液中，取MnxRuyN2觸媒形成其上的玻璃碳電極作為工作電極。取Hg/HgO作為參考電極，並取鉑作為輔助電極。在HER量測部分，工作電極的轉速為1600rpm，掃瞄電壓範圍：0~1V，掃描速度為10mV/s，掃瞄次數為3次。上述HER結果 如圖7所示，橫軸為相對於可逆氫電極(RHE)的電位(V)，縱軸為電流密度(J，mA/cm2)。部份觸媒的比較如表4所示：
由上述可知，HER中的Mn0.079Ru1.92N2觸媒的電流密度高於鉑膜觸媒的電流密度。換言之，Mn0.079Ru1.92N2觸媒比鉑膜觸媒更適用於HER。
製備例5
採用反應磁控濺鍍機台，在不鏽鋼網(316不銹鋼，200mesh，50mm×50mm)上沉積Ni0.75Ru1.25N2觸媒。將Ni靶材與Ru靶材置入濺鍍機台中，調整施加至Ni靶材的功率(150W)與Ru靶材的功率(100W)，並將氮氣與氬氣(流速為10sccm)通入機台，氮氣/(氬氣+氮氣)=50%，且機台內的壓力為5mTorr。以氬離子撞擊Ni靶材與Ru靶材，於室溫下進行反應式濺鍍8分鐘，以形成膜厚約300nm的Ni0.75Ru1.25N2觸媒(由EDS確認)於不鏽鋼網上，單位面積的觸媒披覆量為0.17mg/cm2。由SEM分析Ni0.75Ru1.25N2觸媒，其表面形貌為三角錐與四角錐。由XRD分析Ni0.75Ru1.25N2觸媒，其為立方晶系或非晶。
實施例5
取製備例5之Ni0.75Ru1.25N2-不鏽鋼網作為HER的陰極，市售之DSA不溶性陽極(IrO2/RuO2-Ti mesh，佳榮能源科技股份有限公司)作為OER的陽極，並將陰離子交換膜X37-50(購自 Dioxide Materials)夾設於陰極與陽極的觸媒層之間，以形成膜電極組。將膜電極組浸置於2M的KOH溶液中，進行電化學活性測試如下。掃瞄電壓範圍：1.3~2.2V，掃描速度為50mV/s。上述膜電極組的電流-電壓曲線如圖8所示，在2V時可產生1.35A的電流。
實施例6
取製備例5之Ni0.75Ru1.25N2-不鏽鋼網同時作為HER的陰極與OER的陽極，並將陰離子交換膜X37-50(購自Dioxide Materials)夾設於陰極與陽極的觸媒層之間，以形成膜電極組。將膜電極組浸置於2M的KOH溶液中，進行電化學活性測試如下。掃瞄電壓範圍：1.3~2.2V，掃描速度為50mV/s。上述膜電極組的電流-電壓曲線如圖9所示，在2V時可產生1.02A的電流。控制膜電極組的電位為2V並持續操作18小時，其電流穩定如圖10所示。換言之，Ni0.75Ru1.25N2-不鏽鋼網可有效抵抗氧化反應，可作為OER的陽極。
比較例1
取市售的PtC(HISPEC 13100,Johnson Matthey)塗佈於H23C8(Freudenberg)碳紙上作為HER的陰極，陰極觸媒的單位面積披覆量控制為1.8mg/cm2，市售之DSA不溶性陽極(IrO2/RuO2-Ti mesh，佳榮能源科技股份有限公司)作為OER的陽極，並將陰離子交換膜X37-50(購自Dioxide Materials)夾設於陰極與陽極的觸媒層之間，以形成膜電極組。將膜電極組浸置於2M的KOH溶液中，進行電化學活性測試如下。掃瞄電壓範圍：1.3~2.2V，掃描速度為50mV/s。上述膜電極組的電流-電 壓曲線如圖11所示，在2V時可產生1.3A的電流。
實施例5、實施例6、與比較例1的膜電極組比較如表5所示：
由表5可知，實施例5及6的Ni0.75Ru1.25N2觸媒的活性，遠高於PtC/及IrO2/RuO2觸媒的活性，且其單位面積的觸媒披覆量僅為PtC及IrO2/RuO2之單位面積的觸媒披覆量的1/10。
雖然本揭露已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何本技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種膜電極組，包括：一陽極，包括一第一觸媒層於第一氣液擴散層上；一陰極，包括一第二觸媒層於第二氣液擴散層上；以及一陰離子交換膜，夾設於該陽極的該第一觸媒層與該陰極的該第二觸媒層之間，其中該第一觸媒層、該第二觸媒層、或上述兩者的化學結構為MxRuyN2，其中M為Ni或Mn，0<x<1.3，0.7<y<2，且x+y=2，其中MxRuyN2為立方晶系或非晶。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組，係浸置於一鹼性水溶液中。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組，其中M為Ni，0.069<x<1.086，且0.914<y<1.931。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組，其中M為Mn，0.01<x<0.8，且1.2<y<1.99。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組，其中MxRuyN2的表面形貌為三角錐與四角錐。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組，其中該第一觸媒層的化學結構為MxRuyN2，該第二觸媒層的化學結構為MxRuy，且MxRuy為立方晶系。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組，其中該第一氣液擴散層與該第二氣液擴散層各自包括多孔導電層。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組，其中該第一氣液擴散層的孔徑介於40微米至150微米之間，而該第二氣液擴 散層的孔徑介於0.5微米至5微米之間。
  9. 一種電解產氫的方法，包括：將一膜電極組浸置於一鹼性水溶液中，其中該膜電極組包括：一陽極，包括一第一觸媒層於第一氣液擴散層上；一陰極，包括一第二觸媒層於第二氣液擴散層上；以及一陰離子交換膜，夾設於該陽極的該第一觸媒層與該陰極的該第二觸媒層之間，其中該第一觸媒層、該第二觸媒層、或上述兩者的化學結構為MxRuyN2，其中M為Ni或Mn，0<x<1.3，0.7<y<2，且x+y=2，其中MxRuyN2為立方晶系或非晶；以及施加一電位至該陽極與該陰極以電解該鹼性水溶液，使該陰極產生氫氣，並使該陽極產生氧氣。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電解產氫的方法，其中該第一觸媒層的化學結構為MxRuyN2，該第二觸媒層的化學結構為MxRuy，且MxRuy為立方晶系。
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