新催化剂提供了一种从海水中生产氢气的更经济的方法

近年来，氢作为一种潜在的清洁能源引起了人们的关注，因为它燃烧时不会产生破坏气候的排放物。然而，传统的氢气生产方法具有大量的碳足迹，而更清洁的方法价格昂贵且技术复杂。

现在，研究人员正在报告一项重大进展，即一种双电极催化剂，它依靠一种化合物有效地从海水和淡水中产生氢气和氧气。以前对这种双功能催化剂将水分解成氢气和氧气的尝试通常导致两种功能之一的性能不佳。使用两种单独的催化剂会起作用，但会增加催化剂的制造成本。

在能源与环境科学中描述的工作中，来自休斯敦大学、中文大学和华中师范大学的研究人员报告说，使用镍/钼/氮化合物，用少量铁进行调整并在镍泡沫上生长高效地产生氢气，然后通过循环电压引发的电化学重建过程，转化为产生类似强大的析氧反应的化合物。

研究人员表示，对析氢反应 (HER) 和析氧反应 (OER) 使用单一化合物——尽管在重建过程中略有改变——不仅使水分解更实惠，而且还简化了工程挑战。

大多数材料最适合 HER 或 OER，但两种反应都需要完成化学反应并从水中产生氢气。UH 得克萨斯州超导中心主任、该论文的通讯作者任志峰表示，这种新催化剂不仅可以使用单一催化剂实现高效运行，而且在海水和淡水中同样有效。“与现有的催化剂相比，这与有史以来最好的催化剂相提并论，”他说。

使用碱性海水并在准工业条件下运行，该催化剂在海水中仅使用 1.56 伏电压即可提供 1,000 毫安/平方厘米的电流密度，并在 80 小时的测试中保持稳定。

该催化剂在海水中的强大性能可以解决一个问题：大多数可用的催化剂在淡水中效果最好。分裂海水更加复杂，部分原因是与盐和其他矿物质相关的腐蚀。任博士也是 UH 的 MD 安德森物理学讲座教授，他说新催化剂还可以产生纯氧，避免了某些催化剂产生的腐蚀性氯气的潜在副产物。

但淡水供应越来越受到干旱和人口增长的限制。相比之下，海水丰富。“通常，即使催化剂适用于咸水，它也需要更高的能源消耗，”任说。“在这种情况下，需要与淡水几乎相同的能源消耗是非常好的消息。”

UH物理学副教授，该论文的共同通讯作者Shuo Chen表示，催化剂在相对较低的电压下报告的强电流密度降低了生产氢气的能源成本。但这只是催化剂解决负担能力的一种方式，陈说，他也是 TcSUH 的首席研究员。

通过使用一种材料——经过铁调整的镍/钼/氮化合物——用于 HER，然后使用循环电压触发电化学重建，以产生稍微不同的材料，即用于 OER 的氧化铁/钼/氧化镍，陈说，研究人员消除了对第二种催化剂的需求，同时也简化了工程要求。

“如果你正在制造一个在两个电极上使用两种不同材料的设备，你必须弄清楚电荷如何流过每个电极并设计适合它的结构，”她说。“在这种情况下，材料并不完全相同，因为一个(电极)经过电化学重建，但它是一种非常相似的材料，因此工程更容易。”

除了任和陈，该论文的研究人员还包括宁明辉、张方浩、吴立波、邢欣欣、王德志、宋少伟和鲍吉明，他们都与UH;华中师范大学周干成;和中文大学的罗宇。

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