新型催化剂可将制氢成本降低80%

本报杭州5月13日电(记者姜云实习生洪恒飞通讯员柯一能)13日，记者从浙江大学获悉，浙江大学化学工程与生物工程学院研究员侯阳设计开发了一种单原子OER催化剂，该催化剂将高度分散的镍单原子锚定在氮硫掺杂的多孔纳米碳基底上，可使电/光催化水分解氧的反应更加高效，从而提高制氢效率。这种新型催化剂可以降低80%的制氢成本，并大大提高OER反应的稳定性。著名的学术期刊《自然通讯》在网上报道了这一成就。

最常见的制氢方法是通过水裂解产生氧气，然后形成氢气。产生的电/光催化析氧(OER)将限制总的能量转换效率。此前，研究人员已经开发出铱作为催化剂来提高反应效率，但其价格非常昂贵。因此，开发既能保证催化效果又价格低廉的替代品成为学术界的难题。

侯阳的研究小组开始通过仿生学分析材料的原子结构。他们发现叶绿体中有一种金属-氮配位卟啉结构，可以收集太阳能，通过光合作用氧化反应分解水，并释放氧气。侯阳说，他们还通过分析发现了镍氮配位掺杂碳材料。

“在这种特殊的结构中，四个氮原子‘拉动’金属镍原子，吸引氢氧离子的吸附，降低各种中间环节的转化难度，并进一步加速氧沉淀。”侯阳说，该研究小组创新性地用单个硫原子取代了氮原子，进一步优化了材料表面的电荷分布。同时，采用特殊工艺将镍氮材料“锚定”在碳基体上，避免了材料的不稳定性。最后，新的催化剂电极显示出优异的电催化水分解氧解吸活性和在碱性条件下的稳定性。

“OER析氧反应是水裂解装置和金属空气电池的核心过程”。侯阳说，这项成就将有助于新一代氢燃料汽车大规模降低燃料成本。