蓋世汽車訊 電化學(xué)水分解是一種綠色制氫方法。該過(guò)程涉及在使用催化劑（反應(yīng)增強(qiáng)物質(zhì)）的情況下，通過(guò)電力使水分子在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，以產(chǎn)生氫氣和氧氣。 據(jù)外媒報(bào)道，佐治亞理工學(xué)院（Georgia Institute of Technology）和佐治亞技術(shù)研究所（GTRI）的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的水分解工藝和材料，可以充分提高綠色制氫的效率。

（圖片來(lái)源：佐治亞理工學(xué)院）

該團(tuán)隊(duì)希望以混合材料為電催化劑，降低綠色制氫成本，并使其更耐用。目前，這一過(guò)程依賴于鉑和銥等貴金屬成分，這些元素既昂貴又稀有，是規(guī)模化電解制氫的首選催化劑。事實(shí)上，據(jù)市場(chǎng)研究公司W(wǎng)ood Mackenzie數(shù)據(jù)，在2020年的氫氣年產(chǎn)量中，綠色氫氣占的比例不到1%。這在很大程度上是因?yàn)榇呋瘎┑馁M(fèi)用過(guò)高。首席研究員Seung Woo Lee表示：“此項(xiàng)工作旨在減少使用貴金屬，增加其活性和使用選項(xiàng)。”

該團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)，通過(guò)金屬納米顆粒和金屬氧化物之間的相互作用，支持高性能混合催化劑設(shè)計(jì)。Lee表示：“在新催化劑設(shè)計(jì)中，研究人員采用更好的氧化物基底，其中使用的貴元素更少。”這些混合催化劑在氧氣和氫氣（裂解）方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

納米級(jí)分析

這項(xiàng)工作借助于研究伙伴韓國(guó)能源研究所（Korea Institute Of Energy Research）的計(jì)算和建模，以及京浦國(guó)立大學(xué)（Kyungpook National University）和俄勒岡州立大學(xué)（Oregon State University）的X射線測(cè)量，后者利用了同步加速器，這是一種足球場(chǎng)大小的超級(jí)X射線。Lee解釋說(shuō)：“利用X射線，可以在水分解過(guò)程中，從納米尺度上監(jiān)測(cè)催化劑發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化。研究人員可以探討其在操作條件下的氧化態(tài)或原子構(gòu)型。”

GTRI的研究科學(xué)家Jinho Park表示，這項(xiàng)研究可能有助于降低綠色制氫過(guò)程中的設(shè)備成本門檻。除了開(kāi)發(fā)混合催化劑外，研究人員還微調(diào)其控制催化劑形狀以及金屬相互作用的技能。關(guān)鍵優(yōu)先事項(xiàng)是，減少系統(tǒng)中使用的催化劑，同時(shí)提高其耐久性，因?yàn)榇呋瘎┰谠O(shè)備成本中占主要部分。

“研究人員希望在不減弱性能的情況下，長(zhǎng)期使用這種催化劑。這項(xiàng)研究不僅集中在制造新型催化劑上，還致力于理解其背后的反應(yīng)機(jī)理。這將為該領(lǐng)域的其他研究人員提供重要的見(jiàn)解。”

催化劑的形狀問(wèn)題

據(jù)介紹，關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)在于，催化劑的形狀在制氫過(guò)程中所起的作用。Park表示：“催化劑的表面結(jié)構(gòu)，對(duì)于確定其是否能優(yōu)化制氫非常重要。因此，研究人員試圖控制催化劑的形狀，以及金屬和基體材料之間的相互作用。”

首先受益的關(guān)鍵應(yīng)用包括燃料電池電動(dòng)汽車加氫站（目前只在加州運(yùn)營(yíng)），以及微電網(wǎng)。目前，該團(tuán)隊(duì)正在與合作伙伴合作，利用人工智能探索高效制氫的新材料。

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