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印度科技学院研发低成本催化剂加速水分解产氢

据外媒报道,印度科技学院(IISc)的研究人员研发出一种低成本的催化剂,能够加速水的分解,从而加速产生氢气,是迈向大规模制氢的重要一步。

产氢广泛采用的一种方法是利用电将水分解,氢气是燃料电池、电池盒零排放汽车所需的清洁能源。在电解水的过程中,会产生两个主要反应之一,称为析氧反应(Oxygen Evolution Reaction),该反应非常慢,大大限制了整个水分解过程的效率。研究人员都专注于研发更好的催化剂,即能够保持中性的同时又可加速反应的材料。目前,最有效的催化剂是由钌和铂等贵金属制成的,既昂贵又稀有。

印度科技学院团队将钴氧化物与钠磷酸盐相结合,研发出一种低成本的催化剂。印度科技学院材料研究中心(MRC)的博士生Ritambhara Gond表示,与目前最先进的RuO2(二氧化钌)催化剂相比,新材料成本低了200多倍,而且反应速度也更快。而且该材料可促进金属空气电池、燃料电池和电动汽车等设备的大规模应用。

水在催化剂的作用下,用电进行分解时,氢原子会从一个电极(负极)接收电子形成氢气,而正极则析出氧气(析氧反应)。研究成员主要集中加速后者的反应,铂或钌等金属制成的催化剂在析氧反应时浪费的能源最少,因而效率最高,而且反应速度更快。但是,由于成本高,非常稀缺,阻碍了此种催化剂的大规模应用。

为了研发低成本的替代品,印度科技学院团队采用了偏磷酸盐,此种盐层被用于储能应用,但是未被用于催化应用。研究人员将偏磷酸钠与氧化钴放在一个无氧炉中与氩气一起焙烧,形成了一块部分被烧焦的碳“薄片”,上面铺满了由偏磷酸钠构成的氧化钴晶体。

Gond表示:“偏磷酸盐形成了一个强大的框架,将钴氧化物保持得完好无损,在催化反应后,显示出较高的稳定性。”从而可让催化剂在多个催化周期内保持活性,达到长久的耐用性。此外,碳床也提高了催化剂的导电性,因而提高了效率。

研究人员发现,与其他催化剂相比,他们所研发的催化剂的扩散流密度(即反应能够多快发生)甚至比二氧化钌催化剂还要高,显示出了更强的催化活性。Gond表示:“我们现在正计划在金属空气电池盒水分解装置中测试此种催化剂。”

作者:余秋云

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