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氫是一種很有前景的清潔能源，具有替代排放溫室氣體的化石燃料的巨大潛力。雖然總水(H2O)裂解是獲得氫(H2)的最簡(jiǎn)單的方法，但這個(gè)反應(yīng)很慢，而且還不具備商業(yè)可行性?，F(xiàn)在，科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出一種新型電催化劑，可以顯著提高水分解產(chǎn)生氫氣的效率，而且這種方法既節(jié)能又經(jīng)濟(jì)。
一個(gè)多世紀(jì)以來，人類幾乎所有的東西都使用化石燃料，引發(fā)了氣候危機(jī)?，F(xiàn)在的指令是到2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放或碳中和。
氫經(jīng)濟(jì)是碳中和世界繁榮的一種方式。目前，生產(chǎn)氫燃料最簡(jiǎn)單的方法是電化學(xué)劈水:在催化劑(反應(yīng)增強(qiáng)物質(zhì))存在的情況下，將電通過水來產(chǎn)生氫和氧。然而，這種反應(yīng)非常緩慢，需要專門的條件和貴金屬催化劑，而且總體上很昂貴。因此，以低成本、節(jié)能的方式獲得高氫氣產(chǎn)量是具有挑戰(zhàn)性的。到目前為止，水裂解制氫還沒有成功商業(yè)化。
現(xiàn)在，韓國釜山國立大學(xué)的一個(gè)研究小組在Kandasamy Prabakar教授的帶領(lǐng)下，開發(fā)了一種設(shè)計(jì)新型電催化劑的方法，可以解決這些問題。他們的工作已于2021年4月6日在網(wǎng)上發(fā)布，并將在《應(yīng)用催化B:環(huán)境》2021年9月號(hào)第292卷中以印刷版發(fā)表。
在描述這項(xiàng)研究時(shí)，Prabakar教授說:“如今，90%的氫是通過向大氣排放溫室氣體的水蒸氣重整過程產(chǎn)生的。在我們的實(shí)驗(yàn)室，我們已經(jīng)開發(fā)了一種基于聚合物載體的非貴金屬穩(wěn)定電催化劑，它可以有效地從水中以低成本從過渡金屬磷酸鹽中生產(chǎn)氫和氧?！?/span>
Prabakar教授的團(tuán)隊(duì)利用簡(jiǎn)單的水熱過程，在聚苯胺(PANI)納米線陣列上以不同比例沉積鈷和錳離子，從而制造出這種電解槽。通過調(diào)節(jié)Co/Mn的比例，他們達(dá)到了反應(yīng)發(fā)生的整體高表面積，并結(jié)合聚苯胺納米線的高電子導(dǎo)電能力，促進(jìn)了該催化劑表面更快的電荷和傳質(zhì)。雙金屬磷酸還具有雙功能電催化活性，可同時(shí)生產(chǎn)氧和氫。
在測(cè)試該催化劑性能的實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)其形態(tài)大大降低了反應(yīng)過電位，從而提高了系統(tǒng)的電壓效率。作為耐久性的證明，即使在100 mA/cm2的連續(xù)制氫40小時(shí)后，其性能仍然保持一致。在1.54V的低輸入電壓下，水分裂是可能的。
除了這些優(yōu)點(diǎn)外，過渡金屬的成本較低。事實(shí)上，該系統(tǒng)可以伸縮和適應(yīng)應(yīng)用程序的無數(shù)設(shè)置。談到未來可能的應(yīng)用，Prabakar教授解釋說:“使用這種技術(shù)的水分解設(shè)備可以安裝在需要?dú)淙剂系默F(xiàn)場(chǎng)，并且可以使用低能量輸入或完全可再生能源。例如，我們可以在家里用太陽能電池板生產(chǎn)氫來做飯和取暖。這樣，我們就可以在2050年之前實(shí)現(xiàn)碳中和?！?/span>
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