作者史蒂夫·伦德伯格，俄勒冈州立大学 来自康乃尔大学、俄勒冈州立大学和阿尔贡国家实验室的领导小组使用一套先进的表征工具来研究酸性电解质中最新的OER电催化剂铱酸锶的原子结构演变，以了解其创纪录的高活性(比商业催化剂氧化铱高1000倍)的来源
学分:俄勒冈州立大学冯振兴分校 多亏了康奈尔大学俄勒冈州立大学工程学院的研究人员和合作者以及阿尔贡国家实验室，从水中高效大量生产氢气更接近成为现实
科学家们使用先进的实验工具，对电化学催化过程形成了更清晰的理解，这种过程比从天然气中提取氢气更清洁、更可持续
研究结果发表在今天的《科学进展》上
氢存在于地球上各种各样的化合物中，最常见的是与氧结合生成水，它具有许多科学、工业和能源相关的作用
它也以碳氢化合物的形式存在，碳氢化合物是由氢和碳组成的化合物，如甲烷，是天然气的主要成分
领导这项研究的俄勒冈州立大学化学工程教授冯振兴说:“氢的生产对我们生活的许多方面都很重要，比如汽车燃料电池和制造许多有用的化学物质，比如氨。”
“它还被用于提炼金属、生产塑料等人造材料以及一系列其他用途
" 根据美国能源部的说法，美国的大部分氢气是通过一种被称为蒸汽-甲烷重整的技术从甲烷源(如天然气)中产生的
该过程包括在催化剂的存在下使甲烷经受加压蒸汽，产生产生氢气和一氧化碳以及少量二氧化碳的反应
下一步称为水煤气变换反应，其中一氧化碳和蒸汽通过不同的催化剂反应，生成二氧化碳和额外的氢气
在最后一步，变压吸附，二氧化碳和其他杂质被去除，留下纯氢
冯说:“与天然气重整相比，利用可再生能源发电来分离水制氢更清洁、更可持续。”
“然而，水分解的效率是低的，主要是由于过程中的一个半反应，即析氧反应或OER的高超电势——电化学反应的实际电势和理论电势之间的差异
" 半反应是氧化还原或还原氧化反应的两个部分之一，其中电子在两种反应物之间转移；还原是指获得电子，氧化是指失去电子
半反应的概念通常用来描述电化学电池中发生的事情，半反应通常被用作平衡氧化还原反应的一种方式
过电位是理论电压和引起电解所需的实际电压之间的差值，电解是由电流驱动的化学反应
“电催化剂对于通过降低过电位来促进水分解反应至关重要，但是开发高性能的电催化剂远非易事，”冯说
“一个主要的障碍是缺乏关于电化学操作期间电催化剂的演变结构的信息
了解电催化剂在OER期间的结构和化学演变对于开发高质量的电催化剂材料至关重要，反过来，也是能源可持续性的关键
" 冯和他的合作者使用了一套先进的表征工具来研究酸性电解质中最新的电催化剂铱酸锶(SrIrO3)的原子结构演化
“我们想知道它在OER创纪录的高活性的来源——比普通的商业催化剂氧化铱高1000倍，”冯说
“利用阿尔贡的同步加速器x光设备和OSU西北纳米技术基础设施的实验室x光光电子能谱，我们观察到了在OER期间SrIrO3的表面化学和晶体-非晶转变
" 这些观察使人们对铱酸锶作为催化剂的能力有了更深入的了解
“我们详细的原子尺度的发现解释了活性锶铱层是如何在锶铱层上形成的，并指出晶格氧活化和耦合离子扩散在活性OER单元形成中的关键作用，”他说
冯补充说，这项工作提供了关于外加电势如何促进电化学界面上功能性非晶层形成的见解，并为设计更好的催化剂提供了可能性
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