複旦大學26日發布, 該校材料科學系吳仁兵, 方方教授團隊在高效非貴金屬析氫電催化劑方面獲新進展, 相關研究成果近日發表於國際期刊《先進材料》.
氫能原料豐富, 燃燒值高, 零汙染, 被科學家和大眾寄予厚望. 要想發展氫能技術, 不可或缺的一步就是把水通過電化學反應轉換成氫氣, 這就是析氫反應. 但析氫反應所需過電位較高, 需要加入催化劑降低過電位, 提高反應速率. 目前, 貴金屬鉑是表現最為優異的催化劑, 但是很難進入規模化應用. 而過渡族金屬元素如鐵, 鈷, 鎳, 催化效果與鉑相比還有很大差距, 這一類催化劑的效果並沒有令人滿意.
該研究團隊突破了現有利用過渡金屬納米材料發展高活性析氫反應電催化劑的瓶頸, 創造性地製備出零維鈷納米粒子, 一維氮摻雜碳納米管和二維石墨烯耦合而成的分級複合結構體系, 以解決過渡金屬如鐵, 鈷, 鎳納米顆粒對氫原子的吸附較強而不容易脫附, 顆粒易團聚, 比表面積低, 在電解液的操作環境下不穩定等問題, 取得了催化活性和穩定性與貴金屬鉑相接近的研究成果.
該體系具備高導電率, 豐富的孔隙率, 鈷納米顆粒高分散性及充分暴露的活性位點 (鈷—氮—碳) , 使其作為析氫反應電催化劑時, 在酸, 堿電解液中的析氫催化活性已接近貴金屬鉑基催化劑.
專家表示, 析氫反應電催化劑研究的突破, 既對電解水制氫技術的優化產生了重要推動, 也為低成本條件下規模提取更高純度的氫氣提供了可能性. 新成果將為更多科學研究提供一個用廉價元素替代昂貴元素的方向, 也將對清潔能源產業特別是氫能利用領域產生較為深遠的影響.
