印度科技學院研發(fā)低成本催化劑加速水分解產(chǎn)氫

據(jù)外媒報道，印度科技學院（IISc）的研究人員研發(fā)出一種低成本的催化劑，能夠加速水的分解，從而加速產(chǎn)生氫氣，是邁向大規(guī)模制氫的重要一步。

產(chǎn)氫廣泛采用的一種方法是利用電將水分解，氫氣是燃料電池、電池盒零排放汽車所需的清潔能源。在電解水的過程中，會產(chǎn)生兩個主要反應(yīng)之一，稱為析氧反應(yīng)（Oxygen Evolution Reaction），該反應(yīng)非常慢，大大限制了整個水分解過程的效率。研究人員都專注于研發(fā)更好的催化劑，即能夠保持中性的同時又可加速反應(yīng)的材料。目前，最有效的催化劑是由釕和鉑等貴金屬制成的，既昂貴又稀有。

印度科技學院團隊將鈷氧化物與鈉磷酸鹽相結(jié)合，研發(fā)出一種低成本的催化劑。印度科技學院材料研究中心（MRC）的博士生Ritambhara Gond表示，與目前最先進的RuO2（二氧化釕）催化劑相比，新材料成本低了200多倍，而且反應(yīng)速度也更快。而且該材料可促進金屬空氣電池、燃料電池和電動汽車等設(shè)備的大規(guī)模應(yīng)用。

水在催化劑的作用下，用電進行分解時，氫原子會從一個電極（負極）接收電子形成氫氣，而正極則析出氧氣（析氧反應(yīng)）。研究成員主要集中加速后者的反應(yīng)，鉑或釕等金屬制成的催化劑在析氧反應(yīng)時浪費的能源最少，因而效率最高，而且反應(yīng)速度更快。但是，由于成本高，非常稀缺，阻礙了此種催化劑的大規(guī)模應(yīng)用。

為了研發(fā)低成本的替代品，印度科技學院團隊采用了偏磷酸鹽，此種鹽層被用于儲能應(yīng)用，但是未被用于催化應(yīng)用。研究人員將偏磷酸鈉與氧化鈷放在一個無氧爐中與氬氣一起焙燒，形成了一塊部分被燒焦的碳“薄片”，上面鋪滿了由偏磷酸鈉構(gòu)成的氧化鈷晶體。

Gond表示“偏磷酸鹽形成了一個強大的框架，將鈷氧化物保持得完好無損，在催化反應(yīng)后，顯示出較高的穩(wěn)定性?！睆亩勺尨呋瘎┰诙鄠€催化周期內(nèi)保持活性，達到長久的耐用性。此外，碳床也提高了催化劑的導電性，因而提高了效率。

研究人員發(fā)現(xiàn)，與其他催化劑相比，他們所研發(fā)的催化劑的擴散流密度（即反應(yīng)能夠多快發(fā)生）甚至比二氧化釕催化劑還要高，顯示出了更強的催化活性。Gond表示“我們現(xiàn)在正計劃在金屬空氣電池盒水分解裝置中測試此種催化劑?！?/p>

作者余秋云