美国科学家研发技术定期重组催化剂 可提高水分解制氢的效率

广汽未来的经济可能基于可再生和可持续能源，具有电池驱动汽车、大型太阳能（000591，股票吧）和风电场的潜力，以及存储在电池和化学燃料中的能源。尽管可持续能源现在已经投入使用，但要想广泛使用，仍需要在科学和工程上取得突破。

图片来源：弗吉尼亚理工大学，有人提议用氢气取代化石燃料，为社会需求提供电力。为了大量生产氢气，一些科学家正在研究水的分解，以生产氢气燃料和呼吸用氧气。据外媒报道，美国弗吉尼亚理工学院的研究人员正专注于能源储存和转换研究，以解决电化学水分解过程的一个根本障碍。此外，这项研究展示了一种新的催化剂重组、再活化和再利用技术，以实现高效的水分解过程。研究的重点是催化剂，它可以在不消耗化学过程的情况下提高化学反应的速率。催化剂提高化学反应速率的一种方法是减少引发化学反应所需的能量。水分子由三个原子组成，但它们的分裂过程非常困难。然而，这项研究确实做到了。即使从稳定的原子中移动一个电子也是一个能量密集的过程，但这种反应需要移动四个电子来氧化氧气并最终产生氧气。为了满足这种高能量密度的要求，研究人员引入了一种常用的催化剂，称为混合氢氧化镍铁，以降低能量阈值。与MNF的水分解反应表现良好，但由于其高反应性，其使用寿命很短，催化性能会迅速下降。因此，研究人员开发了一种新技术，可以定期将MNF重新组装到其原始状态，使水的分解过程继续进行。研究人员在实验中使用了淡水，但他们认为地球上最丰富的水——盐水——也可以发挥作用。MNF在能源研究中的应用已经很长时间了。一个多世纪前，托马斯·爱迪生在修理电池时，也在氢氧化镍电池中使用了相同的镍和铁元素。爱迪生在氢氧化镍实验中观察到了氧气的形成，这对电池非常不利，但氧气的形成是水分解过程中的目标之一。在研究人员的实验中，MNF在电解液中从固态降解为金属离子，这也是水电解过程中的一个关键限制。然而，研究人员观察到，当电化学电池从高电催化电位变为低还原电位时，溶解的金属离子只需要两分钟就可以重新组成理想的MNF催化剂，因为催化剂和电解液之间界面的pH值已经逆转。重组成功的另一个原因是研究人员合成了一种新型的MNF片材，这种片材比大块材料更容易重组。为了证实研究发现，研究人员进行了同步辐射X射线测量，这与综合医院的X射线测量基本相同，但规模更大。同步加速器需要一个巨大的环路，与弗吉尼亚理工大学的钻井场大小相同，可以高速进行X射线光谱和成像，在催化操作条件下提供高水平的数据。此外，这项研究还为其他重要的电化学能源科学提供了见解，如氮还原、二氧化碳还原和锌-空气电池。

标签：世纪发现

汽车资讯热门资讯