日本科学家开发新型催化剂：无需昂贵稀有金属低成本可持续制氢

Frontier 2月 15, 2022 1.71w 浏览 0

与燃烧时产生二氧化碳的传统化石燃料不同，氢气是一种清洁燃料，只会产生水作为副产品。如果可以使用可再生电力水解制氢，那么能源网就可以变得清洁、可再生可持续。此外，氢气是生产氨所需的关键成分，氨几乎用于所有合成肥料。但目前，合成氨工厂并没有从水中干净地提取氢气，而是使用化石燃料来生产所需的氢气。

那么为什么我们还在使用化石燃料呢？原因之一是氢提取过程本身——电解——成本高昂且尚不可持续。这主要是由于缺乏良好的催化剂，除了能够承受恶劣的酸性环境外，催化剂还必须非常活跃。如果不是这样，产生一定量氢气的反应所需的电量就会飙升，成本也会随之飙升。

目前，最活跃的水电解催化剂是铂和铱等稀有金属，这造成了两难，因为它们价格昂贵。现在将整个地球改用氢燃料需要大约 800 年的铱产量，另一方面，铁和镍等丰富的金属活性不够，在恶劣的酸性电解环境中往往会立即溶解。

日本 RIKEN 可持续资源科学中心 (CSRS) 的一组研究人员发现了一种从水解制氢的可持续实用的新方法。与目前的方法不同，新方法不需要昂贵的稀有金属。相反，现在可以使用钴和锰这两种相当常见的金属来生产氢。该研究发表在《自然催化》上。

在寻找更好的催化剂时，研究人员研究了钴和锰的混合氧化物。氧化钴对所需反应具有活性，但在酸性环境中腐蚀非常快。锰氧化物更稳定，但活性不够。通过将它们结合起来，研究人员希望利用它们的互补特性。他们还必须考虑实验室外实际应用所需的高电流密度。对于工业规模的氢气生产，研究人员需要将研究目标电流密度设置为比过去实验中使用的电流密度高约 10 到 100 倍，最终，该团队通过反复试验克服了这些问题，通过将锰插入Co ₃ O ₄的尖晶石晶格中，发现了一种活性稳定的催化剂，产生了混合钴锰氧化物Co ₂ MnO ₄。

测试表明Co ₂ MnO ₄表现非常好。活化水平接近于最先进的氧化铱。此外，新催化剂在每平方厘米200毫安的电流密度下持续了两个多月，这可以使其有效地用于实际应用。新型电催化剂可能会改变游戏规则。

科学家取得的这一重要技术突破：使用由丰富金属制成的高活性稳定催化剂生产氢气。从长远来看，我们相信这是朝着创造可持续氢经济迈出的一大步。与太阳能电池和风能等其他可再生技术一样，预计随着更多进展，绿色氢技术的成本将在不久的将来大幅下降。

总是有改进的余地，实验室的下一步将是寻找延长新催化剂寿命并进一步提高其活性水平的方法。研究团队将继续努力寻找与当前铱和铂催化剂性能相匹配的非稀有金属催化剂。获取更多前沿科技研究进展访问：https://byteclicks.com

你可能感兴趣文章：

日本科学家开发新型催化剂：无需昂贵稀有金属低成本可持续制氢 — 该示意图显示了可持续制氢的概念。来自可再生能源（太阳能、风能）的电力用于将水分解为氧气和氢气（电解）。然后，氢气可以用作燃料，帮助用氨制造肥料，以及用于其他行业。

版权声明：除特殊说明外，本站所有文章均为字节点击原创内容，采用 BY-NC-SA 知识共享协议。原文链接：https://byteclicks.com/34503.html 转载时请以链接形式标明本文地址。转载本站内容不得用于任何商业目的。本站转载内容版权归原作者所有，文章内容仅代表作者独立观点，不代表字节点击立场。报道中出现的商标、图像版权及专利和其他版权所有的信息属于其合法持有人，只供传递信息之用，非商务用途。如有侵权，请联系 gavin@byteclicks.com。我们将协调给予处理。

日本科学家开发新型催化剂：无需昂贵稀有金属低成本可持续制氢

文章推荐：

标签