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新复合催化剂可高效分解水制氢

科普中国2016-09-21 23:07我要吐槽

新催化剂的制取过程:b-c表示600℃下制取硒化镍泡沫,d-e表示500℃下制取钼硒化硫覆盖于多孔硒化镍组的复合催化剂。

科技日报北京9月20日电 (记者聂翠蓉)美国休斯顿大学官网19日发布公告称,该校研究人员联合加州理工大学的同行,发现了一种能高效分解水制氢的新型复合催化剂,水制氢效率已达实用水平,且成本低、无毒,有望克服水制氢的难题,推动氢燃料电池的发展。

这种复合催化剂由钼硒化硫和多孔的硒化镍组成。钼硒化硫属层状过度金属硫化物催化剂(LTMDs),其边缘部分催化活性最高,为了提高催化效能,需要将LTMDs更多的边缘暴露出来。但到目前为止,还没有将催化性能提升到实用水平。

此次,领导该研究的休斯顿大学物理学教授任志锋介绍说,他们在研究中将钼硒化硫覆盖到三维的多孔硒化镍泡沫上,这种多孔泡沫暴露的边缘位点更多,覆盖在其上的钼硒化硫也会随之增加催化反应的边缘位点,集两者之所长,进而大大提高了水制氢效率。商业运用广泛的镍泡沫还大大降低了复合催化剂的制造成本。

目前水制氢最高效的还是铂催化剂,但铂是稀有金属,很难提取,用来制氢太过昂贵。研究人员一直在寻找低成本水制氢方法,但效果都不理想。现有通过甲烷和煤燃气的制氢过程会增加碳排放。

新复合催化剂似乎让人们看到了水制氢走入实用的希望。发表在《自然·通讯》杂志上的研究论文介绍了新催化剂的测试结果:外加69毫伏的电压,复合催化剂就能产生每平方厘米10毫安的电流密度,远远超过之前同类研究的催化剂性能,而且这个电流量完全可以将阴极附近的水分解成氢。

研究人员表示,后续研究完全能将复合催化剂需要的外加电压降到40毫伏,这个与铂催化剂32毫伏工作电压已非常接近。更重要的是,复合催化剂反复使用1000次仍能在此电压工作,而且成本低、对环境无毒害、效率高,这些水制氢要求的条件,新复合催化剂都已具备。

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作者:科普中国责任编辑:天极科普君)
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