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美国阿贡国家实验室研发高效、廉价制氢新技术

时间2021-04-30


美国阿贡国家实验室的科学家在《美国化学学会杂志》上发表了研究成果，宣称已经找到了一种更好、更高效、更便宜的制氢方案。

尽管氢作为汽车燃料的效率不高，但在其他领域，如储能或作为天然气基础设施的兼容替代品，氢仍可能在清洁能源的未来中发挥重要作用（如用于重型运输车辆）。制氢的主要问题之一是必须从甲烷或水等其他物质中制取。




氢是已知宇宙中最丰富的元素。在地球上，大部分以水分子的形式与氧结合。为了得到可用的氢，必须将氢分子形状的氢原子从这种结合中分离出来。从水分子中除去氢的方法依赖于一个称为析氧反应的缓慢过程，析氧反应（通常缩写为OER）是将分子氧从水中释放出来的反应。管理这一反应不仅对制造氢气至关重要，而且对其他各种化学过程也至关重要，其中包括在电池中的化学过程。


阿贡国家实验室的研究人员发现，钙钛矿氧化物中有一种变形特性，可能能够加速上述析氧反应。研究小组首先研究钙钛矿型氧化物的原因之一是，它们的价格远远低于目前用来做同样工作的钌和铱等贵重金属。先前对这些材料的研究主要集中在钙钛矿材料的特性以及这些特性与OER活性的关系上，而阿贡的科学家们则研究了材料与其周围环境发生反应的表面。


在电解槽系统中，钙钛矿氧化物将水分解成氢和氧，与水和特定盐组成的电解质相互作用，产生一个界面。当施加电流时，这个界面对于启动分离氧和氢的过程至关重要。研究小组将实验与理论计算结合起来，以确定钙钛矿材料的表面在整个析氧反应过程中是如何发展的，发现钙钛矿氧化物的表面演变成了一层富钴非晶薄膜，只有几纳米厚。当电解液中存在铁时，铁有助于加速析氧反应，提高制氢效率。