美国科学家研发廉价催化剂 可大规模分解水制氢

据外媒报道，美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的研究人员首次证明，有一种廉价的催化剂可以在商业设备的恶劣环境中分解水并产生数小时的氢气。

这种电解技术基于质子交换膜，有可能利用可再生能源大规模生产氢气。由于用于提高化学反应效率的铂和铱等金属催化剂成本高，氢气的大规模生产在一定程度上受到限制。

该研究小组的负责人Thomas Jaramillo说， “氢气是一种非常重要的工业化学品，可用于生产燃料、化肥等。氢气也是一种清洁的高能分子，可用于燃料电池或储存太阳能。风能等可变能源产生的能量。它可用于汽车行业，这有利于减少温室气体排放。然而，现在大多数氢气都是由化石燃料生产的，这增加了大气中的二氧化碳含量，因此我们需要找到一种从清洁能源生产氢气的成本效益高的方法，从昂贵的金属到廉价丰富的材料

多年来，人们一直致力于开发用于PEM水电解制氢系统的贵金属催化剂的替代品。许多替代品已被证明在实验室环境中有效。然而，据说研究人员这次开发的催化剂是第一个在商业电解槽中表现出高性能的催化剂。该设备由位于康涅狄格州的PEM电解研究基地和工厂生产，由世界上最古老、最大的电解设备制造商Nel Hydrogen使用。电解的工作原理类似于电池的反向作用，不是发电，而是用电将水分解为氢气和氧气。通过使用不同的贵金属催化剂，可以在不同的电解质上发生产生氢气和氧气的反应。基于这一原理，SLAC和斯坦福大学的科学家创造了一种由沉积在碳上的磷化钴纳米颗粒组成的催化剂，碳是一种黑色粉末。然后，Nel Hydrogen的团队使用这种催化剂取代了产氢侧电解质上的铂催化剂。与其他催化剂一样，这种类型的催化剂可以聚集其他化学物质并促进它们的反应。磷化钴催化剂在整个测试过程中表现非常好，表明它可以用于日常化学反应，也就是说，它可以在温度、压力和电流密度增加的极酸性条件下长时间工作。这项研究最重要的目标之一是实现磷化钴催化剂的大规模生产，同时确保其一致的质量，从实验合成起始材料，用研钵和杵研磨，让其进入烤箱烘焙，最后将精细的黑色粉末变成一滴墨水，喷到多孔复写纸上。整个过程需要确保其质量稳定。将得到的大尺寸电极装入电解槽中进行氢气生产测试。尽管铂催化剂仅占PEM水电解制氢总成本的8%，但贵金属市场的波动性非常严重，这可能会阻碍这项技术的发展。随着PEM水电解制氢技术的不断改进，以满足燃料电池和其他应用中对氢气日益增长的需求，降低和稳定其成本将变得越来越重要。

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