美国国家加速器实验室 斯坦福大学研究生麦肯齐·休伯特在一个实验室规模的小电解槽中观察催化剂产生氢气泡
磷化钴这种催化剂比现在使用的铂催化剂便宜得多，可以降低大规模利用清洁可再生能源生产氢气(一种重要的燃料和工业化学品)的成本
学分:杰奎琳·奥瑞尔/SLAC国家加速器实验室 美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的研究人员首次证明，在商业设备的恶劣环境中，廉价催化剂可以分解水并连续产生氢气数小时
基于聚合物电解质膜(PEM)的电解器技术具有由可再生能源驱动的大规模制氢的潜力，但其部分受到贵金属催化剂(如铂和铱)的高成本的限制，贵金属催化剂是提高化学反应效率所必需的
研究人员今天在《自然纳米技术》杂志上报道说，这项研究指出了一种更便宜的解决方案
“氢气是制造燃料和肥料的一种非常重要的工业化学物质，”领导该研究小组的顺驰接口科学和催化中心主任托马斯·哈拉米略说
“它还是一种清洁、高能量含量的分子，可用于燃料电池或储存太阳能和风能等可变能源产生的能量
但是今天产生的大部分氢是由化石燃料制成的，增加了大气中的二氧化碳含量
我们需要一种具有成本效益的方法来生产清洁能源
" 从昂贵的金属到廉价丰富的材料 多年来，人们一直致力于开发质子交换膜系统贵金属催化剂的替代品
许多已被证明在实验室环境中工作，但贾拉米罗说，据他所知，这是第一次在商业电解槽中展示高性能
该设备是由位于康涅狄格州的质子交换膜电解研究基地和工厂为耐尔氢公司制造的，耐尔氢公司是世界上最古老和最大的电解设备制造商
电解槽不是发电，而是利用电流将水分解成氢气和氧气
信用:格雷格·斯图尔特，SLAC国家加速器实验室 电解的工作原理与电池相反:它不是发电，而是利用电流将水分解成氢气和氧气
产生氢气和氧气的反应在使用不同贵金属催化剂的不同电极上进行
在这种情况下，奈尔氢团队用一种由沉积在碳上的磷化钴纳米粒子组成的催化剂代替了制氢侧的铂催化剂，形成了一种黑色的细粉，这种粉末是由SLAC和斯坦福的研究人员制造的
像其他催化剂一样，它将其他化学物质聚集在一起，促使它们发生反应
哈拉米略团队的研究生麦肯齐·休伯特(McKenzie Hubert)说，磷化钴催化剂在整个测试过程中运行良好，持续时间超过1700小时，这表明它在高温、高压和电流密度下以及在极端酸性条件下长时间发生的反应中，对于日常使用来说，可能足够坚韧。他与劳里·金(Laurie King)一起领导了实验。劳里·金是SUNCAT的研究工程师，后来加入曼彻斯特城市大学(Manchester Metropolitan U University)任教
“我们小组已经研究这种催化剂和相关材料有一段时间了，”休伯特说，“我们从基本的实验室规模的实验阶段开始，在工业操作条件下测试它，在那里你需要用催化剂覆盖更大的表面积，它必须在更具挑战性的条件下工作
" 这项研究最重要的内容之一是扩大磷化钴催化剂的生产规模，同时保持其非常均匀——这一过程包括在实验室合成原料，用研钵和研杵研磨，在炉中烘烤，最后将细小的黑色粉末转化为可以喷射到多孔碳纸上的墨水
将得到的大规格电极装入电解槽中进行制氢试验
氢气是一种非常重要的工业化学品，用于制造燃料和肥料，是一种清洁、高能量含量的分子，可用于燃料电池或储存太阳能和风能等可变能源产生的能量
学分:格雷格·斯图尔特/SLAC国家加速器实验室 规模化生产氢气 虽然电解器的开发是由国防部资助的，该部门对用于潜艇的电解制氧方面感兴趣，但哈拉米略说，这项工作也符合美国能源部的H2 @规模倡议的目标，该倡议将美国能源部的实验室和工业聚集在一起，以促进负担得起的氢的生产、运输、储存和使用，用于许多应用，基础催化剂研究是由美国能源部科学办公室资助的
该论文的合著者之一、奈尔研发副总裁凯瑟琳·艾尔斯说:“和汤姆一起工作让我们有机会看到这些催化剂是否能长期稳定，也让我们有机会看到它们的性能与铂金相比如何
“磷化钴催化剂的性能需要提高一点，它的合成需要扩大规模，”她说
“但我对这些材料的稳定性感到非常惊讶
尽管它们产生氢的效率比铂低，但它是恒定的
在那种环境下，很多东西都会退化
" 艾尔斯说，虽然铂催化剂仅占质子交换膜制氢总成本的8%左右，但这种贵金属的市场如此不稳定，价格上下波动，这一事实可能会阻碍该技术的发展
随着质子交换膜电解的其他方面得到改进，以满足燃料电池和其他应用中对氢气日益增长的需求，降低和稳定该成本将变得越来越重要
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