新型制氫電催化劑具有更高的法拉第效率

全世界的研究人員都在積極致力于加速新催化劑的開發(fā)，這可以大大降低制氫的成本。已經(jīng)報道了許多突破性的催化劑，但在實施之前，它們的預(yù)期性能往往是未知的，因此需要進一步研究才能實際應(yīng)用。UNIST的一項新研究引入了一種新型高效制氫催化劑，并證明了其預(yù)期的催化性能。

聯(lián)合國科技大學(xué)能源與化學(xué)工程學(xué)院的Jong-Beom Baek教授及其研究團隊成功開發(fā)了一種新型水分解氫催化劑，該催化劑由均勻分布并固定在多壁碳納米管表面的釕(Ru)納米粒子(MWCNT)或(Ru @ MWCNT)組成。研究小組還評估了釕@多壁碳納米管的催化性能。結(jié)果表明，釕@多壁碳納米管催化劑在許多方面優(yōu)于工業(yè)鉑碳催化劑。據(jù)研究小組稱，這些新催化劑易于合成，可以大規(guī)模生產(chǎn)。

Baek教授說：“除了引入超越現(xiàn)有材料特性的高效、穩(wěn)定的催化劑，這項研究還旨在評估催化劑電極的催化性能，這是商業(yè)化的重要組成部分?！?

氫是最豐富的元素，占宇宙的75%，被認為是未來高效環(huán)保的能源。目前，大多數(shù)氫氣是由化石燃料(如天然氣)生產(chǎn)的，在這個過程中通常會釋放出二氧化碳(CO 2)。作為替代，已經(jīng)提出了一種利用電將水分解成氫氣和氧氣的方法，但是這需要使用昂貴的催化劑，例如鉑。

因此，貝克教授的團隊一直在穩(wěn)步開發(fā)催化劑，不僅比傳統(tǒng)的鉑催化劑性能更好，而且生產(chǎn)成本更低。Ru @ MWCNT催化劑比之前宣布的有機金屬催化劑具有更好的電化學(xué)性能。該催化劑在酸性和堿性條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的HER性能，具有低過電位(見圖1)、優(yōu)異的耐久性和高周轉(zhuǎn)頻率。

釕@多壁碳納米管催化劑采用釕納米粒子均勻分布并錨定在多壁碳納米管表面的結(jié)構(gòu)。由于其粒度分布小，顆粒均勻，顯示出優(yōu)異的HER性能，因此開發(fā)了一種制造工藝。

Duoung Kweon(能源與化學(xué)碩士/博士)說：“在現(xiàn)有的結(jié)合Ru和CNT的方法中有一種趨勢，即在熱處理過程中，Ru顆粒會粘在一起，聚集體的尺寸會穩(wěn)定增加?！边@項研究的第一作者?！巴ㄟ^引入‘Ru鹽’和‘COOH’，我們抑制了這類粒子的團聚，使得Ru納米粒子均勻分布在多壁碳納米管表面?！?

為了準確確定新催化劑的性能，除了現(xiàn)有的過電位測量，白克教授還在實際水分解系統(tǒng)的構(gòu)建和分析中評估了她的性能。他們的研究結(jié)果表明，釕@多壁碳納米管的單位能耗產(chǎn)生的氫氣比商業(yè)鉑/碳高15.4%，法拉第效率(92.28%)比鉑/碳(85.97%)高。

Baek教授表示：“以往對氫催化劑的研究主要集中在催化性能本身的評價上，不足以應(yīng)對水分解系統(tǒng)的實際構(gòu)建和分析?！?這項研究是有意義的，因為它可以預(yù)測她的實際適用性."

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