美國科學家發(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。美國特拉華大學和哥倫比亞大學的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種廉價、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。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)濟和環(huán)境上都要付出昂貴的代價。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)。該反應需要金屬催化劑，協(xié)助電子轉(zhuǎn)移，從而降低反應活化能。但是對析氫反應而言最好的催化劑是鉑，由于鉑太昂貴而無法大規(guī)模使用。

特拉華大學和哥倫比亞大學合作開發(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，而且使反應更快。

單獨使用的銅和鈦對析氫反應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獨特的結(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，這些位點使反應能夠發(fā)生。某些銅和鈦原子的組合形成不反應的位點，降低了效率，所以原子的比例和位置是被嚴格控制的。

銅鈦雙金屬催化劑支持自身結(jié)構(gòu)，因此每次使用時它不需要構(gòu)建，或負載到像碳一樣的導電物質(zhì)表面。這進一步減少了反應中的能量損失。

總之，這種新型催化劑為低價高效的催化劑取代昂貴的貴金屬催化劑提供了新的機會。