研究人员向更清洁、更可持续的氢气生产迈出关键一步

supercell 1月 17, 2021 1.35w 浏览 0

由于俄勒冈州立大学工程学院的研究人员以及康奈尔大学和阿贡国家实验室的合作者，从水中高效地大量生产氢气离成为现实更近了。

科学家们利用先进的实验工具对电化学催化过程有了更清晰的认识，该过程比从天然气中提取氢气更清洁、更可持续。

研究结果今天发表在《科学进展》上。

康奈尔大学，俄勒冈州立大学和阿贡国家实验室的领导小组采用了一套先进的表征工具，研究了酸性电解质中最先进的OER电催化剂铱酸锶（SrIrO3）的原子结构演变，以了解OER的创纪录高活性（比商业催化剂氧化铱高1000倍）的起源。

氢存在于地球上各种各样的化合物中，最常见的是与氧气结合生成水，它具有许多科学，工业和能源相关的作用。它还以碳氢化合物的形式出现，碳氢化合物由氢和碳组成，如天然气的主要成分甲烷。

氢气的生产对我们生活的许多方面都很重要，例如汽车的燃料电池和许多有用的化学品如氨的制造，它还用于提炼金属，用于生产人造材料，如塑料和一系列其他用途。

根据能源部的数据，美国的大部分氢气都是通过一种被称为蒸汽-甲烷重整的技术从天然气等甲烷来源中生产出来的。该过程包括在催化剂存在的情况下将甲烷置于加压蒸汽中，产生反应，产生氢气和一氧化碳以及少量二氧化碳。

下一步称为水气转换反应，一氧化碳和蒸汽通过不同的催化剂发生反应，生成二氧化碳和额外的氢气。最后一步，变压吸附，二氧化碳和其他杂质被去除，留下纯氢。

与天然气重整相比，利用可再生资源的电力来分水制氢更清洁、更可持续。但是，水分裂的效率很低，主要是由于过程中一个关键的半反应OER–即电化学反应的实际电位与理论电位之差。

电催化剂通过降低过电位来促进水分解反应至关重要，但开发高性能电催化剂远非易事。主要的障碍之一是缺乏有关电催化剂在电化学操作过程中结构演变的信息。了解电催化剂在电化学操作过程中的结构和化学演变对于开发高质量的电催化剂材料，进而实现能源的可持续发展至关重要。

研究人员使用了一套先进的表征工具，研究了一种最先进的OER电催化剂–铱酸锶（SrIrO3）在酸性电解质中的原子结构演变。

研究人员想了解其创纪录的OER高活性的原因–比常见的商业催化剂–氧化铱高1000倍。”利用阿贡基于同步加速器的X射线设施和OSU西北纳米技术基础设施站点基于实验室的X射线光电子能谱，研究团队观察到SrIrO3在OER期间的表面化学和结晶到非晶态的转变过程。

通过观察，研究团队深入了解了铱酸锶能够作为催化剂发挥如此好的作用背后的原因。获取更多前沿科技信息请持续关注：https://byteclicks.com

这项工作提供了关于应用电势如何促进电化学界面上功能非晶层的形成的见解，并为设计更好的催化剂提供了可能性。

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