新型催化劑可將制氫成本降低80%

2019-05-14 13:16:34 來(lái)源： 科技日?qǐng)?bào)

        13日，記者從浙江大學(xué)獲悉，該?；瘜W(xué)工程與生物工程學(xué)院侯陽(yáng)研究員，通過(guò)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，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出了一種單原子OER催化劑，能使電/光電催化水裂解析氧反應(yīng)更加高效,從而提升氫氣制備的效率。這種新型催化劑可降低80%的制氫成本，并大幅提升OER反應(yīng)的穩(wěn)定性。該成果已被知名學(xué)術(shù)期刊《自然通訊》在線報(bào)道。通過(guò)水裂解產(chǎn)生氧氣，進(jìn)而形成氫氣，是最常見(jiàn)的氫氣制備方法，其產(chǎn)生的電/光電催化析氧反應(yīng)（OER），會(huì)限制整體的能量轉(zhuǎn)換效率。此前有科研人員研究出了金屬銥作為催化劑來(lái)提升反應(yīng)效率，但其價(jià)格十分昂貴。因此，研制出既保證催化效果又價(jià)格低廉的替代品，成了學(xué)界面臨的難題。

       侯陽(yáng)課題組通過(guò)仿生學(xué)方法，從材料的原子結(jié)構(gòu)開(kāi)始剖析。他們發(fā)現(xiàn)葉綠體中存在一種金屬——氮配位卟啉結(jié)構(gòu)，可收集太陽(yáng)能，利用光合作用氧化反應(yīng)分解水，并釋放出氧氣。侯陽(yáng)介紹，他們還通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)了鎳—氮配位摻雜的碳材料。

       “在這一特殊結(jié)構(gòu)中，四個(gè)氮原子‘拉著’金屬鎳原子，吸引氫氧根離子吸附，降低了各種中間環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換難度，進(jìn)而加速氧氣析出?！焙铌?yáng)稱(chēng)，課題組創(chuàng)新性地用一個(gè)硫單原子替換了一個(gè)氮原子，進(jìn)一步優(yōu)化材料表面的電荷分布，同時(shí)采用特殊工藝，將鎳—氮材料“錨定”在碳基底上，規(guī)避了材料的不穩(wěn)定性，最終使這種新型催化劑電極在堿性條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化水裂解析氧活性和穩(wěn)定性。

       “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”。侯陽(yáng)表示，這項(xiàng)成果或?qū)⒅π乱淮鷼淠芷?chē)大規(guī)模降低燃料成本。

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