鈷氧化物具有必要的反應(yīng)活性，但在酸性環(huán)境中腐蝕得非常快。錳氧化物更加穩(wěn)定，然而不夠活躍。研究人員將二者結(jié)合在一起，希望能充分利用其互補特性。

蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，日本理化學(xué)研究所可持續(xù)資源科學(xué)中心 ( CSRS ) 等機構(gòu)的研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種從水中提取氫的新方法。這種新方法可持續(xù)、實用，不需要使用昂貴且儲量較少的稀有金屬。與當(dāng)前方法不同，現(xiàn)在可以使用鈷和錳這兩種常見的金屬來生產(chǎn)氫，以用于燃料電池和農(nóng)業(yè)肥料。

傳統(tǒng)化石燃料在燃燒時產(chǎn)生二氧化碳。相比之下，氫是一種清潔燃料，所產(chǎn)生的副產(chǎn)物只有水。如果利用可再生電力從水中提取氫氣，可使電網(wǎng)變得清潔、可再生且可持續(xù)。此外，氫是生產(chǎn)氨所需的關(guān)鍵成分，而幾乎所有的合成肥料都要用到氨。目前，氨廠使用化石燃料生產(chǎn)所需的氫，而不是利用水清潔制氫。

但是，目前的水電解制氫過程成本高且不可持續(xù)。這主要是因為缺乏良好的催化劑，除了能承受惡劣的酸性環(huán)境，催化劑還必須具有非常高的活性。反之，制取一定量氫所需的電量就會飆升，成本也將隨之升高。目前最活躍的水電解催化劑是鉑、銥等稀有金屬。這些金屬價格昂貴，被認(rèn)為是金屬中的 " 瀕危物種 "。現(xiàn)在，要實現(xiàn)全球改用氫燃料，大約需要 800 年的銥產(chǎn)量，地球上可能根本沒有這么多的銥。另一方面，鐵、鎳等金屬儲量豐富，但活性不夠，在惡劣的酸性電解環(huán)境中有可能立即溶解。

為了尋找更好的催化劑，研究人員著眼于鈷和錳的混合氧化物。鈷氧化物具有必要的反應(yīng)活性，但在酸性環(huán)境中腐蝕得非常快。錳氧化物更加穩(wěn)定，然而不夠活躍。研究人員將二者結(jié)合在一起，希望充分利用互補特性。此外，還必須考慮到實際應(yīng)用時所需的高電流密度。研究人員 Kong Shuang 表示：" 對于工業(yè)規(guī)模制氫，需要將目標(biāo)電流密度設(shè)定為以往實驗值的 10-100 倍。這種高電流會引起諸多問題，如催化劑物理分解。"

最終，該團隊通過反復(fù)試驗克服了這些問題。通過在 Co3O4 的尖晶格中插入錳生產(chǎn)出混合鈷錳氧化物 Co2MnO4，從而發(fā)現(xiàn)了一種活躍、穩(wěn)定的催化劑。測試表明，Co2MnO4 性能良好，其活躍程度接近領(lǐng)先的銥氧化物。此外，在電流密度為 200 毫安 / 平方厘米的情況下，這種新催化劑可以使用兩個多月，有望有效地投入實際應(yīng)用。相比之下，在電流密度低得多的情況下，其他非稀有金屬催化劑通常只能使用幾天或幾周。這種新型電催化劑或?qū)⒏淖冇螒蛞?guī)則。

研究人員預(yù)計，隨著技術(shù)進(jìn)步，綠色氫燃料技術(shù)的成本，將在不久的將來大幅下降。研究人員將繼續(xù)尋找方法，以延長新催化劑的使用壽命，并進(jìn)一步提高其活性水平。