蓋世汽車(chē)訊 隨著大氣中的二氧化碳含量不斷增長(zhǎng)，全球變暖趨勢(shì)不斷加劇，使用更清潔、更可持續(xù)的能源來(lái)替代化石燃料，成為解決環(huán)境問(wèn)題的當(dāng)務(wù)之急。在這方面，清潔氫能源是一個(gè)很好的選項(xiàng)。

（圖片來(lái)源：韓國(guó)中央大學(xué)）

目前，電催化水分解是最清潔的制氫方法。然而，為了提升效率，這一過(guò)程需要使用鉑等稀有貴金屬催化劑。由于成本較高，其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用受到影響。相比之下，過(guò)渡金屬基催化劑成本較低，如鈷、鎳、鐵的氧化物、硫化物和氫氧化物等。這兒有一個(gè)問(wèn)題是，電催化水分解過(guò)程由兩個(gè)半反應(yīng)組成，即析氫反應(yīng)（HER）和析氧反應(yīng)（OER）。以往報(bào)道過(guò)的大多數(shù)過(guò)渡金屬基催化劑只能單獨(dú)催化HER或OER，導(dǎo)致相關(guān)配置復(fù)雜，總體成本較高。

據(jù)外媒報(bào)道，韓國(guó)中央大學(xué)（Chung-Ang University）的研究人員為此開(kāi)發(fā)了一種新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑，由空心硫化鈷物（CoSx）和鎳鐵（NiFe）層狀雙氫氧化物（LDH）納米片組成，可以同時(shí)促進(jìn)兩種半反應(yīng)。

研究負(fù)責(zé)人、助理教授Seung-Keun Park表示，制備高效水分解催化劑的合理策略是，將OER活性NiFe LDH和HER活性催化劑整合至同一異質(zhì)結(jié)構(gòu)中?？招腍ER催化劑具有高表面積和開(kāi)放結(jié)構(gòu)，被視為完成這一工作的理想選擇。事實(shí)證明，金屬有機(jī)骨架（MOF）是制造空心結(jié)構(gòu)的有效前體。然而，目前還沒(méi)有關(guān)于含有NiFe LDH的MOF基空心催化劑的報(bào)道。

因此，研究人員以受控方式，將NiFe LDH納米片電化學(xué)沉積至由泡沫鎳支撐的空心CoSx納米陣列表面上。將活性HER催化劑CoSx和OER催化劑NiFe LDH整合在一起，從而實(shí)現(xiàn)卓越的雙功能催化活性。

事實(shí)上，在低電池電壓下，這種催化劑能夠在兩個(gè)半反應(yīng)（half-reaction）中穩(wěn)定地提供高達(dá)1000 mA cm-2的電流密度，這表明其在工業(yè)規(guī)模的水分解應(yīng)用中是可行的。研究人員認(rèn)為，這要?dú)w功于催化劑異質(zhì)結(jié)構(gòu)上存在大量的活性位點(diǎn)，在反應(yīng)過(guò)程中能促進(jìn)電解質(zhì)滲透，并釋放氣體。此外，基于該催化劑的電解槽，在低電池電壓下表現(xiàn)出300 mA cm-2的高電流密度，并且整體水分解過(guò)程可持續(xù)100小時(shí)，具有耐用性。

研究人員表示，這種催化劑表現(xiàn)出增強(qiáng)電催化性能，可能是由于其獨(dú)特的分層異質(zhì)結(jié)構(gòu)，及其組件之間的協(xié)同作用。這項(xiàng)工作將促進(jìn)實(shí)現(xiàn)零排放社會(huì)。

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