顆粒在線訊：由Ryuhei Nakamura領(lǐng)導(dǎo)的日本RIKEN(日本理化學(xué)研究所)下屬的可持續(xù)資源科學(xué)中心(CSRS)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種從水中生產(chǎn)氫氣的新的可持續(xù)且實用的方法。

　　與目前的方法不同，新方法不需要昂貴或供不應(yīng)求的稀有金屬。相反，現(xiàn)在可以使用鈷和錳這兩種相當(dāng)常見的金屬來生產(chǎn)用于燃料電池和農(nóng)業(yè)肥料的氫。該研究發(fā)表在《自然催化》上。

　　與燃燒時產(chǎn)生二氧化碳的傳統(tǒng)化石燃料不同，氫氣是一種清潔燃料，只會產(chǎn)生水作為副產(chǎn)品。如果可以使用可再生電力從水中提取氫氣，那么能源就可以變得清潔、可再生和可持續(xù)。

　　此外，氫氣是生產(chǎn)氨所需的關(guān)鍵成分，氨幾乎用于所有合成肥料。但目前，合成氨工廠并沒有從水中干凈地提取氫氣，而是使用化石燃料來生產(chǎn)所需的氫氣。

　　那么為什么我們還在使用化石燃料呢？原因之一是氫提取過程本身——電解——成本高昂且尚不可持續(xù)。

　　 Nakamura說：

　　“這主要是由于缺乏良好的催化劑?！?/p>

　　“除了能夠承受惡劣的酸性環(huán)境外，催化劑還必須非?；钴S。如果不是這樣，產(chǎn)生一定量氫氣的反應(yīng)所需的電量就會飆升，成本也會隨之飆升。”

　　目前，最活躍的水電解催化劑是鉑和銥等稀有金屬，這造成了兩難，因為它們價格昂貴，被認為是金屬中的“瀕危物種”。

　　如果現(xiàn)在要將整個地球的能源改用氫燃料需要開采大約800年的銥產(chǎn)量，這個數(shù)量甚至可能跟本無法達到。另一方面，鐵和鎳等豐富的金屬活性不夠，在惡劣的酸性電解環(huán)境中往往會立即溶解。

　　在尋找更好的催化劑時，研究人員研究了鈷和錳的混合氧化物。氧化鈷對所需反應(yīng)具有活性，但在酸性環(huán)境中腐蝕非?？臁?/p>

　　錳氧化物更穩(wěn)定，但活性不夠。通過將它們結(jié)合起來，研究人員希望利用它們的互補特性。

（左）混合鈷錳氧化物Co2MnO4的結(jié)構(gòu)。（右）視頻中的一幀顯示通過電解以每平方厘米1000毫安的電流密度產(chǎn)生氫氣。

　　Shuang Kong，論文的共同第一作者說：

　　“對于工業(yè)規(guī)模的氫氣生產(chǎn)，我們需要將我們研究的目標電流密度設(shè)置為比過去實驗中使用的電流密度高約10到100倍。”

　　“高電流導(dǎo)致了許多問題，例如催化劑的物理分解?！?/p>

　　最終，該團隊通過反復(fù)試驗克服了這些問題，通過將錳插入Co3O4的尖晶石晶格中，發(fā)現(xiàn)了一種活性穩(wěn)定的催化劑，產(chǎn)生了混合鈷錳氧化物Co2MnO4。

　　測試表明Co2MnO4表現(xiàn)非常好?；罨浇咏谧钕冗M的氧化銥。此外，新催化劑在每平方厘米200毫安的電流密度下持續(xù)了兩個多月，這可以使其有效地用于實際應(yīng)用。

　　與其他在低得多的電流密度下，通常只能持續(xù)數(shù)天或數(shù)周的非稀有金屬催化劑相比，新的電催化劑可能會改變游戲規(guī)則。

　　論文的共同第一作者Ailong Li說：

　　“我們已經(jīng)實現(xiàn)了科學(xué)家們幾十年來一直未能實現(xiàn)的目標?！?/p>

　　“使用由豐富金屬制成的高活性和穩(wěn)定催化劑生產(chǎn)氫氣。從長遠來看，我們相信這是朝著創(chuàng)造可持續(xù)氫經(jīng)濟邁出的一大步。”

　　“與太陽能電池和風(fēng)能等其他可再生技術(shù)一樣，我們預(yù)計隨著更多進展，綠色氫技術(shù)的成本將在不久的將來大幅下降?！?/p>

　　實驗室的下一步將是尋找新催化劑，并進一步提高其活性水平的方法。

　　“總是有改進的余地。”Nakamura說，“我們將繼續(xù)努力尋找與當(dāng)前銥和鉑催化劑性能相匹配的非稀有金屬催化劑?！?/p>

　?。ㄋ夭膩碜裕篟IKEN 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）