北理工研究人員設計的電催化劑促進了清潔氫氣的生產效率
缺陷並不總是壞事。在增強用於產生清潔氫氣的電催化過程中尤其如此,這實際上可能是一件非常好的事情。中國的研究人員設計了一種電催化劑,可以加速所需的反應,具有包含原子結構缺陷的非晶態和晶體結構。研究小組報告稱,這些缺陷使電催化劑能夠觸發“卓越”的反應活性。
北京理工大學的研究人員設計了一種具有非晶相和晶相以及豐富缺陷的電催化劑,可以更有效地分解水並產生清潔燃燒的氫氣。圖片來源:納米研究能源,清華大學出版社
研究人員的研究結果最近發表在《納米研究能源》雜誌上。
中國科學院教授李翠玲表示:“由可再生能源驅動的水電解制氫,即利用電流分解水,將氫氣與氧氣分離,是緩解和解決能源和環境危機的一項有前景的技術。”
析氧反應是水電解的陽極反應,其中直流電引起化學反應,將氧分子從水分子中分離出來。然而這種反應是“一個緩慢的過程”,它限制了水電解作為生產氫氣的可持續機制。據李說,析氧反應很慢,因為它需要大量的能量來觸發分子轉移其成分,但如果與更高效的催化劑結合,可以用更少的能量加速。
開髮用於析氧反應的高效電催化劑對於開髮用於清潔能源轉換的電化學裝置至關重要,研究人員轉向氧化釕,這是一種成本較低的催化劑,與其他催化劑相比,它對反應物和中間體的粘附更少。
李說:“與商業產品相比,氧化釕基納米材料具有更好的析氧反應性能,而迫切需要更複雜的電催化劑設計策略來激發更有效的催化性能,並且在很大程度上尚未得到探索。”
為了填補這一空白,研究人員合成了氧化釕多孔顆粒。然後,他們處理顆粒以產生合理調節的異相,這意味著顆粒包含集成在一起的不同結構。多孔和多相結構提供了一種缺陷- 本質上是原子結構中的缺口,這使得析氧反應能夠更有效地進行更多的活性位點。
李說:“得益於所得樣品的豐富缺陷、晶體邊界和活性位點可及性,證明了優異的析氧反應性能。工程電催化劑不僅能產生更好的析氧反應,而且還可以產生更好的析氧反應。 為該過程提供更少的電力。 這項研究證明了相工程的重要性,並為策略組合催化劑的設計和合成提供了新途徑。”