《美国化学会志》：新型镍基催化剂诞生可通过电解水高效生产氢燃料

时间：2021-01-16 14:49:09来源：前瞻网

最近，POSTECH的一组研究人员提出了一种利用廉价且容易获得的镍作为电催化剂，通过电解水高效生产氢燃料的方法，开启了氢经济时代。

POSTECH研究领导的研究小组由Jong Kyu Kim教授领导，Jaerim Kim、Jeong Woo Han、Hyeonjung Jung等人重点参与支持了这一研究。

他们共同开发出一种高效的镍基催化剂体系，其中掺杂了oxophilic过渡金属原子。研究人员表示，已经确定了催化吸附性能之间的相关性和氢进化(她)的反应动力学碱性介质。近期，这些研究结果被顶级期刊《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society， JACS)的封面文章所收录。

燃料电池是一种环保发电设备，通过氧气和氢气产生水的化学反应发电。在这个过程中，水电解还原发生作为一个反反应，它离解水产生氢燃料。这被认为是最环保、最可持续的大批量生产高纯度氢燃料的方法。

然而，它的缺点是成本高，效率低，因为它需要使用贵金属作为电极。为了降低电解水制氢燃料的单位成本，开发活性高、稳定性好、价格低廉、能最大化制氢性能的电化学催化剂是至关重要的。

为此，联合研究小组设计了一种高效催化剂，将富含地球的镍与一系列亲氧过渡金属元素结合，优化了在碱性HER中的吸附能力。研究小组进一步证明，嗜氧掺杂剂的掺入可以有效地控制镍基催化剂表面的吸附性能。

为了进一步提高镍基催化剂的HER活性，研究人员引入了一种独特的三维(3D)纳米螺旋(NH)阵列，这种阵列可以通过斜角共沉积法轻松制备，具有丰富的表面活性位点、有效的电荷转移通道和开放的质量传输通道。他们成功地制备了高活性和稳定的cr掺杂镍NHs催化剂，与传统的镍基薄膜催化剂相比，该催化剂在降低过电压的情况下具有优异的产氢效率。

“这项研究意义重大，因为它为可持续的氢能转换系统的高性能和商业化提供了学术基础，”该论文的通讯作者Jong Kyu Kim教授解释说。“高效双金属电催化剂的设计策略和实验方法的核心概念不仅可以应用于水的电解槽，还可以应用于燃料电池、二氧化碳减排和光电化学系统。预计确保这一原始技术将在环境能源领域产生显著的连锁反应和技术扩展。”

论文的共同通讯作者Jeong Woo Han教授补充说：“计算化学通过快速找到双金属来控制催化剂的吸附强度，从而使双金属电催化剂的制造只使用非贵重材料，从而极大地加速了水电解反应。”

该研究是在韩国国家研究基金会氢能创新技术发展计划、中职研究员计划( Mid-career Researcher Program)、创意材料发现计划(Creative Materials Discovery Program )的支持下进行的。