南洋理工大学 为了提高尖晶石氧化物的性能，需要更深入地了解它们如何作为催化剂使水电解更有效
通过确定使尖晶石氧化物成为这一过程的良好催化剂的参数，NTU领导的团队现在可以基于这些参数创造新的、更好的尖晶石氧化物，使我们更接近氢动力经济
信用:NTU新加波 由新加坡南洋理工大学(NTU新加坡)领导的一个科学家小组发现了决定一类称为尖晶石氧化物的低成本催化剂效率的参数——这一发现打破了通过电解从水中提取氢气的瓶颈，电解是用电分解水的过程
这种方法的一个主要挑战在于水电解过程中发生的化学反应造成的能量损失，从而提高了通过这种方法生产氢气的成本
因此，催化剂对于加速这些化学反应是必要的
尖晶石氧化物通常由廉价的过渡金属制成，近年来作为一种稳定、低成本的催化剂受到关注，可以克服这一挑战，但高性能尖晶石氧化物的设计由于缺乏对其工作原理的理解而受到阻碍
现在，NTU新加波大学副教授贾森·徐志川和他的团队取得了两项重要进展
他们在原子尺度上揭示了尖晶石氧化物是如何加速水电解的
基于这一新的认识，研究小组随后使用机器学习来选择具有更高催化活性的新型尖晶石氧化物，从而使水电解更加高效
这些发现使该团队更接近于使水分解成为大规模生产氢气的合适方法，这已经被能源市场管理局强调为减少新加坡碳足迹的一种可能的低碳替代方法，因为它的目标是到2050年将其峰值温室气体排放量减半
这符合全球趋势——例如，欧盟最近公布了其氢战略，作为实现欧洲绿色协议2050年气候中立目标的解决方案的重要组成部分
材料科学与工程学院副教授徐说:“为了提高尖晶石氧化物的性能，我们需要更深入地了解它们是如何作为催化剂来提高水电解效率的。”
现在，通过确定使尖晶石氧化物成为这一过程的良好催化剂的参数，我们可以基于这些参数创造新的、更好的尖晶石氧化物，使我们更接近氢动力经济
" 这项发现发表在7月份的科学杂志《自然催化》上
向氢燃料经济迈进了一步 从水电解中提取氢，当由可再生能源如风能或太阳能提供动力时，是一种生产氢燃料的有吸引力的方法，它有可能取代发电厂、运输和燃料补给过程中使用的化石燃料
氢作为锂离子电池等传统储能选项的可行替代品也很有吸引力，因为随着时间的推移，锂离子电池会逐渐失去电荷
水电解过程发生在电解器中，当水被分离时，两个主要的化学反应发生:一个产生氢气，而另一个产生氧气，两种气体通过膜保持分离
许副教授也是能源研究所的一员，他说主要的瓶颈在于化学反应，这种反应导致氧气从另一端产生，称为氧气革命反应
他说:“析氧反应对分解水生产氢燃料的设备的效率至关重要，但它也是一个缓慢的化学反应，降低了整体的能量转换效率
这就是为什么我们需要催化剂，如金属氧化物来加速反应
" 虽然贵金属氧化物已被证明是降低能量消耗和提高能量转化效率的最先进的催化剂，但是它们的稀缺性、高成本和差的耐久性限制了它们的大规模应用
徐教授说，尖晶石氧化物成本低、储量丰富，如果设计参数正确，如尖晶石氧化物中的过渡金属类型，以提高催化活性，则可能成为一种可行的替代物
根据研究小组确定的关键参数，研究小组用300多种尖晶石氧化物的数据集训练了一个机器学习模型，以便在几秒钟内筛选和预测任何尖晶石氧化物催化剂的效率
使用这种方法，研究小组发现一种由锰和铝组成的新氧化物预计会显示出优异的催化活性
这已被实验证实
许副教授说:“虽然设计高效催化剂的能力极大地推动了水电解制氢技术的发展，但在这项技术得到广泛应用之前，我们还必须考虑另外两个主要瓶颈
首先，我们必须改进这种碱性电解槽中的膜，以支持长期制氢
完成后，我们可以与我们的工程同事合作，看看我们如何将所有这些升级放入一个可以在工业水平上运行的电解槽
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