物理科技生物学-PHYICA

研究人员开发先进的清洁制氢催化剂

化学 2022-09-08 00:02:10

俄勒冈州立大学 OSU冯振兴

信用:OSU 俄勒冈州立大学对催化剂设计的研究表明,与目前市售的催化剂相比,氢气可以以更高的效率和更低的成本清洁生产

催化剂是一种可以提高化学反应速度的物质,它本身不会发生任何永久性的化学变化

领导这项研究的化学工程教授、OSU工程学院的冯振兴说,这些发现意义重大,因为氢的生产对“我们生活的许多方面都很重要,比如汽车燃料电池和许多有用化学物质如氨的制造。”

“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

" 冯说,通过电化学催化过程分解水来生产氢气,比通过甲烷-蒸汽重整这种二氧化碳生产过程从天然气中提取氢气的传统方法更清洁、更可持续

但是绿色技术的成本已经成为市场的一个障碍

这些新发现描述了设计能够大大提高清洁制氢过程效率的催化剂的方法,并在科学进展和JACS发表

冯说,在促进反应过程中,催化剂经常经历结构变化

有时这些变化是可逆的,有时是不可逆的,不可逆的重组被认为会降低催化剂的稳定性,导致催化活性的损失,从而降低反应效率

冯,博士

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学生王茂宇和合作者研究了反应中催化剂的重组,然后在原子尺度上操纵它们的表面结构和组成,以实现高效的制氢催化过程

基于无定形氢氧化铱的催化剂的活性相显示出150倍于其原始钙钛矿结构的效率,并且比普通商业催化剂氧化铱好近三个数量级

冯说:“我们发现至少有两组材料发生了不可逆的变化,结果证明它们是明显更好的制氢催化剂。”

“这可以帮助我们以每公斤2美元的价格生产氢气,最终达到每公斤1美元

这比目前工业中的污染过程要便宜,并将有助于实现美国到2030年实现零排放的目标

" 冯指出,美国

S

能源部氢气和燃料电池技术办公室已经建立了技术基准,这些技术能够在2025年之前以每千克2美元的价格生产清洁氢气,并在2030年之前以每千克1美元的价格生产清洁氢气,这是氢能地球计划目标的一部分,该目标是在十年内将清洁氢气的成本降低80%,从每千克5美元降至1美元

冯的团队专注于清洁制氢的水电解技术,该技术利用可再生能源发电,将水分解成清洁的氢气

然而,他说,水分解的效率很低,主要是由于过程中的一个半反应,即析氧反应或OER反应的高超电势——电化学反应的实际电势和理论电势之间的差异

冯说:“催化剂通过降低过电位来促进水分解反应,从而降低制氢的总成本,这一点至关重要。”

“我们在JACS的第一项研究为我们奠定了基础,正如我们在科学进展的文章中所展示的,我们现在可以更好地操纵表面的原子来设计具有所需结构和组成的催化剂

"

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