推動(dòng)以氫燃料汽車(chē)為代表的氫經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵是以低成本生產(chǎn)可以發(fā)電的氫氣。制氫的方法有很多,如捕獲副產(chǎn)品氫氣、重組化石燃料獲取氫氣以及電解水制氫。其中,電解水制氫的方法是一種環(huán)保的方法,但是其中催化劑的使用是決定其效率和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力最重要的因素。因?yàn)椋娊馑b置需要使用鉑(Pt)催化劑,以加速產(chǎn)氫反應(yīng)以及提升耐用性。不過(guò),雖然該催化劑的性能很好,但其成本很高,在價(jià)格方面不如其他制氫方法有競(jìng)爭(zhēng)力。
(圖片來(lái)源:韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院)
根據(jù)電解質(zhì)在水中的溶解狀況,電解水裝置也會(huì)不同。例如,采用質(zhì)子交換膜(PEM)的裝置,即使采用過(guò)渡金屬制成的催化劑,而不是昂貴的鉑基催化劑,也能夠?qū)崿F(xiàn)高速率的產(chǎn)氫反應(yīng)。因此,有很多研究都專(zhuān)注于將該技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。不過(guò),雖然此類(lèi)研究專(zhuān)注于實(shí)現(xiàn)高反應(yīng)活性,但是提高此類(lèi)易在電化學(xué)環(huán)境中腐蝕的過(guò)渡金屬耐久性的研究卻被忽視了。
據(jù)外媒報(bào)道,韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院(KIST)的一個(gè)研究小組研發(fā)了一種催化劑,由具備長(zhǎng)期耐久性的過(guò)渡金屬制成,可以提高制氫效率,而且還通過(guò)克服非鉑催化劑的耐久性問(wèn)題,無(wú)需使用到鉑。
該研究小組利用噴霧熱解工藝,將少量鈦(Ti)注入到低成本過(guò)渡金屬磷化鉬(MoP)中。由于鉬價(jià)格低廉,且易于處理,因而常被用作能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)能設(shè)備的催化劑,但是其弱點(diǎn)是容易被氧化,進(jìn)而腐蝕。
研究人員發(fā)現(xiàn),在催化劑合成過(guò)程中,每種材料的電子結(jié)構(gòu)完全得以重構(gòu),最終實(shí)現(xiàn)了與鉑催化劑相同的析氧反應(yīng)(HER)活性。電子結(jié)構(gòu)的改變解決了高腐蝕性的問(wèn)題,因此該催化劑比現(xiàn)有的過(guò)渡金屬基催化劑的耐久性提高了26倍,可加速實(shí)現(xiàn)非鉑催化劑的商業(yè)化。