成均馆大学开发高效持久的电催化剂 促进氢燃料生产

传统的制氢工艺需要使用化石燃料或二氧化碳，而电解法则从水分子中提取“绿色氢气”。由于水本身无法分解为氢气和氧气，因此有必要使用高活性的电催化剂来实现电化学氢-水转化过程。然而，由于析氧反应缓慢，传统的水电解方法在提高水分解反应效率方面面临技术挑战。使用基于贵金属的氧化钌和氧化铱可以提高氧气生产速率，但这些贵金属催化剂价格昂贵且长期稳定性差。

表面富氧金属合金的晶体结构；在水电解反应中产生氧气和氢气；该催化剂设计在最小过电位的情况下表现出最佳的析氧活性。据外媒报道，在成均馆大学基础科学研究所综合纳米结构物理中心副主任Lee HyoYoung的领导下，IBS研究团队开发了一种高效、持久的电催化剂，利用钴、铁和微量钌实现水氧化。主要研究人员Lee Jinsun和Kumar Ashwani表示：我们使用两亲性嵌段共聚物来控制单钌双金属合金中的静电引力。这些共聚物可以促进碳氢化合物分子球形簇的合成，这些分子的可溶性和不可溶性部分形成核和壳。在这项研究中，得益于独特的化学结构趋势，可以在稳定的钴铁金属复合材料上合成高性能的单一钌合金。Lee表我们非常兴奋地发现，在合成过程中，Co-Fe合金表面预吸附的氧气可以稳定氧气生成反应中的一个重要中间体，并提高催化反应的整体效率。在此之前，人们对表面上预先吸附的氧气几乎没有兴趣。研究人员发现，在750摄氏度的氩气环境中退火四小时是最适合氧气生成过程的条件。除了主体金属表面的有利反应环境外，产生氧气的单个钌原子也通过降低能垒发挥作用，协同提高氧气生产效率。研究小组根据析氧反应所需的过电压指标评估了催化效率。相比之下，先进的贵金属电催化剂每平方厘米只需要180mV的过电压就可以达到10mA的电流密度，而氧化钌需要298mV。此外，单个钌原子双金属合金可以在没有任何结构变化的情况下保持稳定长达100小时。同时，含有石墨碳的钴和铁合金也可以补偿导电性，提高析氧率。Lee说：“这项研究将促进绿色、无碳氢化合物经济的发展。我们可以通过利用高效且价格合理的制氧电催化剂，进一步克服化石燃料精炼过程中的长期挑战，并以环保且具有成本效益的方式生产商业高纯度氢气

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