利用廢酵母生物質(zhì)設(shè)計(jì)水分解催化?

開發(fā)了一種新的催化劑合成方法，可以從酵母中產(chǎn)生氫氣，酵母是參與酒精和面包發(fā)酵的主要微生物。新系統(tǒng)可以利用廢酵母生物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)，有效地將水分解為氧氣和氫氣。此外，該方法價(jià)格便宜，產(chǎn)率高，因此有望降低水分解制氫的成本。

由UNIST自然科學(xué)學(xué)院著名教授(韓國(guó)國(guó)家榮譽(yù)科學(xué)家)Kwang S. Kim領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，成功開發(fā)出一種新的催化劑合成方法，利用廢酵母生物質(zhì)，可以有效地將水分解為氧氣和氫氣。此外，通過(guò)用釕(Ru)和鐵(Fe)基材料覆蓋酵母基載體，他們開發(fā)了一種新型催化劑材料，該材料在氫氣和氧氣生成方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

氫是地球上最清潔的主要能源。生產(chǎn)環(huán)保氫氣的一種方法是電解水。然而，這種方法需要貴金屬基催化劑，例如用于HER的鉑(Pt)和用于OER的銥(Ir)。然而，這些催化劑通常稀有、昂貴且不耐用。

研究團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)研究廢酵母生物質(zhì)作為催化劑材料，不僅可以提高氧氣和氫氣的產(chǎn)量，還可以替代Pt或Ir等貴金屬催化劑。因?yàn)榻湍甘且环N活的生物體，即使被消耗和丟棄，它也富含碳(C)、磷(P)、硫(S)和氮(N)。

這種材料的導(dǎo)電性將增加，其他材料可能會(huì)聚集在一起，以幫助固定金屬顆粒的實(shí)際聚集。這個(gè)特點(diǎn)最終可能會(huì)成為一個(gè)很好的催化劑。

在這項(xiàng)研究中，研究小組使用廢酵母作為催化劑載體，創(chuàng)造了兩種催化劑來(lái)促進(jìn)氫氣和氧氣的產(chǎn)生。他們報(bào)道了用嵌入MHC的釕單原子原子(RuSAs)和釕納米粒子(RuSAs RuNPs @ MHC)作為陰極和MHC負(fù)載的磁鐵礦(Fe 3 O 4)在1 M氫氧化鉀中生產(chǎn)氫氣和氧氣。Fe 3 O 4(MHC)用作陽(yáng)極。RuSAs RuNPs @ MHC催化劑在過(guò)電位、交換電流密度、Tafel斜率和耐久性等方面均優(yōu)于最先進(jìn)的商用碳鉑析氫反應(yīng)催化劑。此外，與工業(yè)上使用的催化劑(氧化銥)相比，F(xiàn)e 3O 4 @MHC催化劑具有優(yōu)異的析氧活性。

研究團(tuán)隊(duì)指出：“進(jìn)行全水分解，需要1.74 V太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)30 mA左右的電流，在室外陽(yáng)光照射(12小時(shí))和無(wú)陽(yáng)光照射(58小時(shí))的條件下，具有優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。作為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源發(fā)展的有希望的戰(zhàn)略?！?

金教授說(shuō)，“從酵母生物質(zhì)中提取的材料可以幫助開發(fā)高效、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的催化劑，以提高制氫的可持續(xù)性?！薄芭c煤和油相比，廢酵母是一種生態(tài)友好、廉價(jià)易得的生物質(zhì)，研究結(jié)果展示了廢酵母生物質(zhì)的新應(yīng)用?！?

這項(xiàng)研究的結(jié)果發(fā)表在《自然可持續(xù)性》。

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