浙江大學(xué)專(zhuān)家研制出一種廉價(jià)的新型催化劑，可用于水裂解制備氫氣。這項(xiàng)成果的推廣將有望大規(guī)模降低新一代氫能汽車(chē)的燃料成本。相關(guān)論文近日發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)雜志《自然通訊》（Nature Communications）。

 

水裂解制氫的過(guò)程被稱(chēng)為電/光電催化析氧反應(yīng)（OER），需催化劑才能加速反應(yīng)效率。傳統(tǒng)的催化劑是貴金屬銥，每克單價(jià)接近黃金的兩倍。長(zhǎng)久以來(lái)，科研人員想要找到廉價(jià)的替代品，但OER反應(yīng)的催化機(jī)理和活性位點(diǎn)難以捉摸，此前找到的催化劑往往整體催化效率低，無(wú)法代替銥。

 

浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院侯陽(yáng)研究員通過(guò)仿生學(xué)的方法，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)出一種單原子OER催化劑，將高度分散的鎳單原子錨定在氮—硫摻雜的多孔納米碳基底上。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的商業(yè)銥基催化劑，這種新型催化劑制備成本降低了80%以上，驅(qū)動(dòng)反應(yīng)所需的能量降低5%，且穩(wěn)定性大幅度提高，展現(xiàn)出工業(yè)級(jí)電解水制氫的潛能。

 

 

OER析氧反應(yīng)需要由電或光電驅(qū)動(dòng)，課題組將制備的電催化劑進(jìn)一步選擇性沉積在氧化鐵電極表面，形成一個(gè)高效的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)水裂解整合光陽(yáng)極。“這一設(shè)計(jì)能夠利用太陽(yáng)光能產(chǎn)生電能，驅(qū)動(dòng)整個(gè)催化反應(yīng)，節(jié)省了額外的驅(qū)動(dòng)電源。”侯陽(yáng)說(shuō)。

 

OER析氧反應(yīng)是水裂解器件和金屬-空氣電池的核心過(guò)程。談及未來(lái)的應(yīng)用，侯陽(yáng)介紹，新一代燃料電池汽車(chē)對(duì)高能量密度提出重要需求，目標(biāo)是500瓦時(shí)/公斤，讓汽車(chē)充滿電后可以跑一天。要進(jìn)一步提高電池效能，就需要金屬-空氣這一新型燃料電池，水裂解產(chǎn)生的氫氣能源將發(fā)揮重要作用，廉價(jià)新型催化劑產(chǎn)業(yè)化前景看好。