慕尼黑路德维希·马西米兰大学 多孔材料
来源:中国
霍曼/LMU 铱是水电解制氢的理想催化剂，但价格非常昂贵
但是现在，一种由高度多孔材料制成的新型电极只需一点铱就能完成出色的工作
今天，在所谓的质子交换膜(PEM)电解槽中有效电解水以生产氢气的捷径是减少催化活性高但稀有的贵金属铱的量，同时保持氢气产量
在这种类型的电解槽中，氢离子通过质子交换膜从产氧阳极迁移到产氢阴极
基于膜的技术提供了许多优点
涂有催化剂的膜本身非常薄，这使得电解池本身更小且用途更广，并且没有液体电解质意味着整个系统实际上不需要维护
这种电池还允许在高压下产生氢气，从而促进和降低作为压缩气体进一步储存的能量需求
最后，通过质子交换膜技术，动态负载运行可以在几秒钟内对可用电流的波动做出反应，这使得它适用于耦合到可再生能源
但是这项技术也有一个主要缺点
氧在阳极的形成依赖于氧化铱作为催化剂的使用
IrO2是该反应非常稳定和有效的促进剂
问题是铱本身比黄金甚至铂还要稀有，而且至少和铂一样昂贵
已经进行了许多尝试来寻找替代物，但是还没有测试出氧化铱的长期稳定性和催化活性
只要一点铱就够了 现在，参与卓越电子转化集群的LMU化学家们与福尔松赞特勒姆·尤里奇的一个团队合作，通过使用一种新型的、高度多孔的材料作为催化剂，成功地将氢的产率提高了8倍(相对于商业参比电极)
这一成功意味着应该有可能开发出一种电解池，它能达到与目前铱基系统相同的效率，但只需要10%的铱
这种新电极是在由联邦教育和研究部资助的Kopernikus Power-2-X研究网络的框架内开发的
《高级功能材料》杂志上发表的一篇论文描述了它的设计和性能特点
该系统利用了一种新型的高孔隙率氧化物载体，在该载体上铱可以以薄膜的形式均匀分散，这种薄膜易于被水分子获得并显示出高催化活性
将催化剂装载到每个孔中 该团队首先合成了纳米结构的导电掺锑氧化锡微粒
这些颗粒为铱催化剂的结合提供了高度多孔的支架
然后，他们制备了氧化铱纳米粒子的含水胶体悬浮液，通过高温高压下的溶剂热反应将其装载到多孔微粒中
这导致氧化铱颗粒还原成金属铱
最后的热氧化步骤导致在金属支架的孔内形成氧化铱纳米颗粒
随后的扫描电子显微镜证实支架中的每一个最后的空腔都涂有催化剂薄膜
–事实上，涂有新材料的电极以优异的成绩通过了最终测试
就活动而言，我
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氢的生成，每克结合铱的效率超过市售质子交换膜不低于八倍
正如该论文的第一作者丹尼尔·博姆指出的，合成过程有一个巨大的优势
“我们现在可以专注于单独优化每个参数
可以调整的相关因素包括材料的组成、结构和孔径、其导电性和铱的负载水平
最终，我们将获得一个高度活跃、完全优化的系统
合成路线中的所有步骤也符合工业规模生产的要求，因此该方法可能在相对短的时间内成熟用于技术应用
" 目前用于商业电解槽的材料必须符合非常高的标准，以保证多年稳定运行
教授说，即将到来的解决这个问题的项目已经计划好了
弗松赞特鲁姆·尤里奇的迪娜·法塔科娃-罗尔丰
“首先，我们希望借助新型纳米结构合成更稳定的催化剂
然后我们想研究这些材料在长时间工作条件下的性能
"
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