美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)雙金屬催化劑可高效制氫

燃料電池主要以氫氣為燃料，但將氫作為可持續(xù)能源首先遇到的障礙就是制氫方法。美國(guó)特拉華大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種廉價(jià)、高效的電解水催化劑。

工業(yè)上通常使用甲烷蒸氣重組反應(yīng)。這需要天然氣和大量的能量，而且產(chǎn)生二氧化碳，從而使氫燃料的生產(chǎn)在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境上都要付出昂貴的代價(jià)。由電解水獲得氫(在電解過程中低電流使氫原子與氧原子分離開) 而不是通過甲烷，需要的能量更少，產(chǎn)生氧氣作為副產(chǎn)品，并使氫的生產(chǎn)更加可持續(xù)。該反應(yīng)需要金屬催化劑，協(xié)助電子轉(zhuǎn)移，從而降低反應(yīng)活化能。但是對(duì)析氫反應(yīng)而言最好的催化劑是鉑，由于鉑太昂貴而無(wú)法大規(guī)模使用。

特拉華大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)合作開發(fā)了一種突破性的銅和鈦的結(jié)合，以這種方式來模仿鉑催化劑的結(jié)構(gòu)。這種催化劑是由兩種廉價(jià)而豐富的元素組成，但其活性可與頂尖的鉑催化劑比肩。新催化劑不僅降低了成本，而且使反應(yīng)更快。

單獨(dú)使用的銅和鈦對(duì)析氫反應(yīng)而言并不是很好的催化劑，但一旦結(jié)合起來，就在原子尺度上形成了一個(gè)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，類似于鉑催化劑。此外，創(chuàng)建納米多孔結(jié)構(gòu)可以暴露出最多的活性位點(diǎn)，這些位點(diǎn)使反應(yīng)能夠發(fā)生。某些銅和鈦原子的組合形成不反應(yīng)的位點(diǎn)，降低了效率，所以原子的比例和位置是被嚴(yán)格控制的。

銅鈦雙金屬催化劑支持自身結(jié)構(gòu)，因此每次使用時(shí)它不需要構(gòu)建，或負(fù)載到像碳一樣的導(dǎo)電物質(zhì)表面。這進(jìn)一步減少了反應(yīng)中的能量損失。

總之，這種新型催化劑為低價(jià)高效的催化劑取代昂貴的貴金屬催化劑提供了新的機(jī)會(huì)。