《韩国标准科学研究院开发出高性能非贵金属电解催化剂,有望大幅降低制氢成本》

  • 来源专题:先进材料
  • 编译者: 李丹
  • 发布时间:2024-11-11
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    据FuelCellChina 10月16日消息,韩国标准科学研究院(KRISS)开发出一种高性能非贵金属催化剂,可用于阴离子交换膜(AEM)电解,有望大幅降低氢气生产成本,推动氢能源的广泛应用。KRISS的研究人员将纳米级的钌颗粒均匀覆盖在氧化钼表面,抑制氧化钼降解,显著提升了催化剂的耐久性。由此开发出的新型催化剂表现出优异的性能,其耐久性是传统商业催化剂的4倍以上,活性提高了6倍,且还具有很强的通用性,不仅适用于淡水电解,还可用于海水电解。此外,当新型催化剂与钙钛矿-硅串联太阳能电池搭配使用时,太阳能-氢能转换效率高达22.8%,显示出在可再生能源领域的巨大潜力。相关研究成果发表在《Applied Catalysis B: Environmental and Energy》期刊。

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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-05-14
    • 13日,记者从浙江大学获悉,该校化学工程与生物工程学院侯阳研究员,通过将高度分散的镍单原子锚定在氮—硫掺杂的多孔纳米碳基底,设计开发出了一种单原子OER催化剂,能使电/光电催化水裂解析氧反应更加高效,从而提升氢气制备的效率。这种新型催化剂可降低80%的制氢成本,并大幅提升OER反应的稳定性。该成果已被知名学术期刊《自然通讯》在线报道。 通过水裂解产生氧气,进而形成氢气,是最常见的氢气制备方法,其产生的电/光电催化析氧反应(OER),会限制整体的能量转换效率。此前有科研人员研究出了金属铱作为催化剂来提升反应效率,但其价格十分昂贵。因此,研制出既保证催化效果又价格低廉的替代品,成了学界面临的难题。 侯阳课题组通过仿生学方法,从材料的原子结构开始剖析。他们发现叶绿体中存在一种金属——氮配位卟啉结构,可收集太阳能,利用光合作用氧化反应分解水,并释放出氧气。侯阳介绍,他们还通过分析发现了镍—氮配位掺杂的碳材料。 “在这一特殊结构中,四个氮原子‘拉着’金属镍原子,吸引氢氧根离子吸附,降低了各种中间环节的转换难度,进而加速氧气析出。”侯阳称,课题组创新性地用一个硫单原子替换了一个氮原子,进一步优化材料表面的电荷分布,同时采用特殊工艺,将镍—氮材料“锚定”在碳基底上,规避了材料的不稳定性,最终使这种新型催化剂电极在碱性条件下表现出优异的电催化水裂解析氧活性和稳定性。 “OER析氧反应是水裂解器件和金属—空气电池的核心过程”。侯阳表示,这项成果或将助力新一代氢能汽车大规模降低燃料成本。
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    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-06-10
    • 中国科学技术大学宋礼教授和江俊教授合作,在电解水制氢研究中,利用催化效果最好的铂金属巧妙设计了遍布针尖的“松球结构”催化剂,与商业铂碳催化剂相比,铂金属的用量仅为原来的七十五分之一,大大降低了催化剂的成本。相关成果日前在线发表于《自然·能源》上。 传统催化剂的催化过程一般都发生在催化剂的表面,且参与反应的是单个或近邻的几个原子。传统铂催化剂表层的铂原子忙得不亦乐乎,内层的铂原子却只能无所事事。怎样让催化剂中的铂原子不吃大锅饭,每个都动起来呢? 课题组选择了单位质量下拥有最大表面的球形,将之前扁平的催化剂都做成一颗颗“球”,将以前局限在二维平面的反应改造成了三维立体的反应。同时,每个铂原子都位于球形的表面,保证了它们都在“生产一线”。这样催化剂形成了一个表面满是针尖的“球”,每个针尖都是一个单原子铂,没有“人”可以“躲”在后面偷懒。江俊教授说:“这个设计还带来一个惊喜的附加效果,理论模拟发现,弯曲的球面会在尖端铂原子处形成非常强的局域电场,相当于给铂原子脚上加了一个加速履带,可以进一步增强催化效率。” 最后测试结果表明,当电解溶液中的反应物通过一颗颗的表面遍布针尖的“松球”时,形成氢气的速率大大增加。