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        新型催化剂提速电解水制氢进程

        时间:2019-04-23  浏览量:

            4月19日,记者从中国科学技术大学了解到,该校吴宇恩教授课题组运用创新工艺,在氧析出催化剂研发上取得重大突破,可使电解水制氢的成本大幅下降,稳定性提高近10倍,迈出了电解水制氢工业化进程的重要一步。
          “终极能源”氢能市场化的关键一环是氢气的高效廉价制取,其中电解水是最被看好的制备方式之一。然而,电解水过程中必需的高效廉价的氧气析出催化剂是当前面临的最大挑战之一。吴宇恩教授课题开发的氧析出催化剂是一种新型的钌单原子合金催化剂,用于电解水制氢具有廉价、高效的特点,且这种单原子钌催化剂可使酸性氧析出仅需要较低过电位(220mV),加快了氧析出过程。相关实验证实,该钌单原子合金催化剂相比于商业钌基催化剂在酸性电解水反应中具有更好的活性、抗过氧化和抗溶解能力。
          新加坡国立大学化学系杨文祥教授对该成果给予极高评价,认为吴宇恩教授团队的工作成功实现了“通过应力工程调控单原子钌的电子结构,从而进一步提高其在酸性氧析出中的活性和稳定性”。
          此前,氧析出常用的商用催化剂是二氧化铱。铱金属市价为240~250元/克,工业上采用二氧化铱电解水制氢的成本是33~38元/千克,而转化为相同能量所需的汽油成本是25~29元,高成本成为氢能源推广的重大阻碍。相比之下,另一个可作为催化关键元素的钌金属市价为19.5~20.5元/克,地球储量更丰富,价格更低廉,如果将其在工业上用于氧析出催化剂制备,则能够有效降低氢气制备成本,便于其推广。
          但可惜的是,在强酸、强氧化性环境中,二氧化钌在高的工作电位下极易被氧化为四氧化钌,从而失去催化活性。因此,开发出一种高活性和高稳定性的钌单原子催化剂是解决上述问题最有潜力的途径。
          钌基催化剂在酸性氧析出中的稳定性是一个公认的世界难题。吴宇恩教授团队在2014年开始研究钌元素的应用,为实现高效廉价的电解水制氢,该团队经过多年的实验探索,创新性地采用抗氧化能力和抗溶解能力强的铂基合金为载体,利用表面缺陷工程技术捕获和稳定单原子的方法成功制备出钌单原子合金催化剂。
          该钌单原子合金催化剂相对于商业钌基催化剂过电位降低了大约30%,稳定性提高近10倍。

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