中央大学研究人员开发出一种用于绿色制氢的低成本催化剂

发布时间：2024-01-19 17:29:30 栏目：精选知识

导读 电解是利用电从水中产生氢和氧分子的过程。使用质子交换膜(PEM)和可再生能源进行水电解被广泛认为是一种可持续的制氢方法。然而，推进质子

电解是利用电从水中产生氢和氧分子的过程。使用质子交换膜(PEM)和可再生能源进行水电解被广泛认为是一种可持续的制氢方法。然而，推进质子交换膜水电解技术的一个挑战是，在质子交换膜水电解过程中，酸性溶液中缺乏高效、低成本和稳定的析氧反应(OER)催化剂。虽然铱基催化剂是一种潜在的解决方案，但金属铱本质上是稀有且昂贵的。或者，钌氧化物 (RuO 2 ) 提供了一种更实惠且更具反应性的选择，但它们也存在稳定性问题。因此，研究人员正在探索提高RuO 2结构稳定性的方法，以开发有前景的OER催化剂，以成功实施制氢技术。



现在，在一项于 2023 年 9 月 22 日在线发布、将于2024 年 1 月发表在《能源化学杂志》第 88 卷上的最新研究中，由来自韩国国立大学先进材料工程系的 Haeseong Jang 教授领导的一组研究人员Ang大学开发了一种有前途的OER催化剂。表示为SA Zn-RuO 2，​​该催化剂包含由单锌原子稳定的RuO 2 。Jang 教授在详细阐述他们的研究时表示：“我们的动机是需要为 PEM 水电解中的 OER 寻找高效且具有成本效益的替代电催化剂。基于我们的研究，我们提出了一种双工程策略，包括单原子锌掺杂和氧空位的引入，以平衡酸性 OER 过程中的高催化活性和稳定性。”

研究人员通过加热含有钌 (Ru) 和锌原子的有机骨架，形成具有氧空位(缺少积极改变性能的氧原子)和 Zn-O-Ru 连接的结构，合成了 SA Zn-RuO 2 。这些连接以两种方式稳定催化剂：一是通过加强 Ru-O 键，二是通过从锌原子提供电子来保护钌在 OER 过程中免受过度氧化。此外，钌原子周围电子环境的改善降低了分子粘附到表面所需的能量，从而降低了反应的能垒。

所得催化剂更加稳定，反应活性没有明显下降，并且显着优于商业RuO 2。此外，它需要更少的额外能量(与商用 RuO 2的 270 mV 相比，过电势低至 213 mV )并且保持功能的时间更长(43 小时，而商用 RuO 2为 7.4 小时)。

由于其改进的稳定性和特性，新提出的SA Zn-RuO 2催化剂有可能影响用于OER的经济高效、活性和耐酸性电催化剂的开发。反过来，这可能有助于降低成本并提高绿色氢的生产，有助于转向更清洁的能源和可持续技术的进步。

“我们相信，这种转变可以彻底改变工业、交通和能源基础设施，并有助于应对气候变化和培育更具弹性和环保意识的未来。这是因为，可获取的绿色氢可以通过多样化和可持续的能源解决方案减轻环境影响、创造就业机会并确保能源安全，从而对社会产生变革性影响。”张教授展望道。

总之，用于酸性OER的高活性和催化稳定的RuO 2催化剂具有更高的耐用性和良好的特性，并且在指导实际应用中稳健和活性的非铱基OER电催化剂的设计方面具有巨大的潜力!