蓋世汽車訊 傳統(tǒng)制氫工藝需要使用化石燃料或CO2，而電解法則從水分子中提取“綠色氫氣”。由于水本身不能分解為氫和氧，因此需要通過高活性電催化劑來實現(xiàn)電化學(xué)氫水轉(zhuǎn)化過程。然而，由于析氧反應(yīng)緩慢，傳統(tǒng)水電解法面臨著提高水分解反應(yīng)效率的技術(shù)挑戰(zhàn)。采用貴金屬基氧化釕（RuO2）和氧化銥（IrO2）可以提高產(chǎn)氧率，但這些貴金屬催化劑價格昂貴，而且長期使用穩(wěn)定性差。

 表面富氧金屬合金的晶體結(jié)構(gòu)（上左）；在水電解反應(yīng)中產(chǎn)生氧和氫（上右）；該催化劑設(shè)計表現(xiàn)出具有最小過電位的最佳析氧活性（下圖）。（圖片來源：phys.org）

據(jù)外媒報道，在成均館大學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS）綜合納米結(jié)構(gòu)物理中心副主任Lee HyoYoung的領(lǐng)導(dǎo)下，IBS研究小組開發(fā)了一種高效、持久的電催化劑，利用鈷、鐵和微量釕實現(xiàn)水氧化。 

主要研究人員Lee Jinsun和Kumar Ashwani表示：“我們使用兩親性嵌段共聚物，來控制單釕原子-雙金屬合金中的靜電引力。這些共聚物能夠促進碳氫化合物分子球形團簇的合成，而這些分子的可溶性和不溶性部分形成核心和殼層。在這項研究中，受益于獨特的化學(xué)結(jié)構(gòu)趨勢，可以合成存在于穩(wěn)定的鈷鐵金屬復(fù)合材料（周圍是有缺陷的多孔石墨化碳殼）上的高性能單原子釕合金。 

Lee表示：“我們非常激動地發(fā)現(xiàn)，在合成過程中，Co-Fe合金表面的預(yù)吸附氧（在合成過程中被吸附），可以穩(wěn)定氧生成反應(yīng)中的一個重要中間體（OOH），提高催化反應(yīng)的整體效率。在此之前，人們對表面預(yù)吸附氧幾乎沒有興趣。” 

研究人員發(fā)現(xiàn)，在750攝氏度的氬氣環(huán)境中退火四小時是最適合氧氣生成過程的條件。除了宿主金屬表面的有利反應(yīng)環(huán)境外，產(chǎn)生氧的單個釕原子也通過降低能壘來發(fā)揮作用，協(xié)同提高產(chǎn)氧效率。 

研究團隊根據(jù)析氧反應(yīng)需要的過電壓指標(biāo)來評估催化效率。相比之下，高級貴金屬電催化劑每平方厘米只需180mV的過電壓就能達到10mA的電流密度，而氧化釕需要298 mV。此外，單釕原子-雙金屬合金可在長達100小時的時間內(nèi)保持穩(wěn)定，而不出現(xiàn)任何結(jié)構(gòu)變化。同時，含石墨碳的鈷、鐵合金還可以補償導(dǎo)電性，提高析氧速率。 

Lee表示：“這項研究將促進綠色無碳氫經(jīng)濟的發(fā)展。我們可以利用高效、廉價的制氧電催化劑，進一步克服化石燃料精煉過程中存在的長期挑戰(zhàn)，以環(huán)保低成本方式生產(chǎn)商用高純度氫氣。”

來源：蓋世汽車 Elisha