基础科学研究所 表面富氧金属合金的晶体结构(左上)
水电解反应过程中会产生氧气和氢气(右上角)
设计的催化剂表现出最佳的析氧活性和最小的过电位(底部面板)
信用:IBS 当氢在燃料电池中被消耗时，它带走水分子H2O并将其分离成氧和氢，这一过程称为电解，它只产生水、电和热
作为一种零碳能源，它在交通、商业、工业、住宅和便携式应用中的潜在使用范围是无限的
传统的制氢过程需要化石燃料或二氧化碳，而电解则从水分子中产生“绿色氢”
由于水本身不能分解成氢和氧，电化学氢-水转化需要高活性的电催化剂
然而，传统的水电解面临技术挑战，以提高缓慢析氧反应的水分解反应的效率
基于贵金属的氧化钌(RuO2)和氧化铱(IrO2)用于提高氧气生成速率
然而，这些贵金属催化剂价格昂贵，并且在长期操作下稳定性差
由成均馆大学基础科学研究所集成纳米结构物理中心的李孝荣副主任领导，基础科学研究所的研究团队开发了一种高效、持久的水氧化电催化剂，使用钴、铁和少量钌
“我们使用两亲嵌段共聚物来控制单钌(钌)原子-双金属合金中的静电引力
该共聚物有助于合成烃分子的球形簇，其可溶和不可溶片段形成核和壳
这项研究的第一作者李·孙进和库马尔·阿什瓦尼说:“在这项研究中，他们对独特化学结构的倾向使得在稳定的钴铁(钴铁)金属复合材料上合成高性能的单原子钌合金成为可能，该复合材料被多孔的、有缺陷的石墨碳壳所包围。”
“我们非常兴奋地发现，在合成过程中吸收的钴铁合金表面预吸附的表面氧稳定了氧生成反应中的一种重要中间体，提高了催化反应的整体效率
在我们发现之前，人们对预先吸收的表面氧一直不感兴趣，”该项研究的相应作者、副主任李说
研究人员发现，在氩气氛中750摄氏度退火4小时是氧气产生过程中最合适的条件
除了主体金属表面上的反应友好环境之外，发生氧生成的单个钌原子也通过降低能垒、协同增强氧释放效率来实现其作用
研究小组用析氧反应所需的过压指标评估了催化效率
先进的贵金属电催化剂只需要180毫伏(毫伏)的过电压就能达到每平方厘米催化剂10毫安(毫安)的电流密度，而氧化钌需要298毫伏
此外，单个钌原子-双金属合金显示出100小时的长期稳定性而没有任何结构变化
此外，具有石墨碳的钴和铁合金还补偿了电导率并提高了析氧速率
李副局长说:“这项研究使我们向无碳、绿色氢经济更近了一步
这种高效廉价的氧气发生电催化剂将帮助我们克服化石燃料提炼过程中的长期挑战:以低价格和生态友好的方式生产用于商业应用的高纯度氢气
" 这项研究于11月4日在线发表在《能源与环境科学》杂志上
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