科學家研製出新製氫催化劑

網易消息：新(xin)能(neng)源(yuan)科(ke)學(xue)領(ling)域(yu)中(zhong)，氫(qing)燃(ran)料(liao)是(shi)公(gong)認(ren)的(de)清(qing)潔(jie)能(neng)源(yuan)，但(dan)目(mu)前(qian)人(ren)類(lei)獲(huo)取(qu)純(chun)氫(qing)能(neng)的(de)方(fang)式(shi)主(zhu)要(yao)靠(kao)化(hua)石(shi)燃(ran)料(liao)，氫(qing)能(neng)取(qu)代(dai)化(hua)石(shi)燃(ran)料(liao)本(ben)身(shen)就(jiu)是(shi)為(wei)了(le)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)弱(ruo)溫(wen)室(shi)效(xiao)應(ying)，但(dan)是(shi)製(zhi)造(zao)氫(qing)能(neng)源(yuan)又(you)需(xu)要(yao)耗(hao)費(fei)化(hua)石(shi)燃(ran)料(liao)
，為(wei)氫(qing)能(neng)源(yuan)的(de)普(pu)及(ji)利(li)用(yong)造(zao)成(cheng)難(nan)解(jie)。因(yin)此(ci)，要(yao)想(xiang)降(jiang)低(di)溫(wen)室(shi)氣(qi)體(ti)排(pai)放(fang)
、開發可再生清潔能源
，離不開分解水製氫這一方式。

以水為原材料製造氫氣各種各樣的缺點，比如輔助材料成本太高、反應能量要求太高、合成催化劑不能在現實條件上穩定存在等。植物早就通過光合作用學會了怎樣分解水，然而人類不得不為複製這一過程拚命努力。

目前，全世界每年生產5000萬噸氫氣，其中95%來自化石燃料，通過甲烷水蒸氣重整製氫。在普通的分解水的化學反應中，析氧反應是出了名的速度慢
，給製備氫氣拖後腿。

而(er)科(ke)學(xue)家(jia)最(zui)近(jin)首(shou)次(ci)發(fa)現(xian)酸(suan)性(xing)條(tiao)件(jian)下(xia)依(yi)舊(jiu)有(you)效(xiao)的(de)催(cui)化(hua)劑(ji)，這(zhe)種(zhong)薄(bo)膜(mo)晶(jing)體(ti)催(cui)化(hua)劑(ji)可(ke)以(yi)大(da)大(da)提(ti)高(gao)反(fan)應(ying)效(xiao)率(lv)，並(bing)降(jiang)低(di)反(fan)應(ying)活(huo)化(hua)能(neng)
，令(ling)水(shui)解(jie)製(zhi)氫(qing)廠(chang)指(zhi)日(ri)可(ke)待(dai)。

“雖然光合作用分解水的過程非常高效，但是人工的反應根本比不上。”斯坦福大學化學工程學院界麵科學和催化反應研究中心(SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis)的研究人員托馬斯·哈拉米約(Thomas Jaramillo)稱。

托tuo馬ma斯si和he同tong事shi長chang期qi致zhi力li於yu開kai發fa析xi氧yang反fan應ying的de催cui化hua劑ji
，以yi求qiu讓rang合he成cheng催cui化hua劑ji持chi續xu時shi間jian更geng長chang，催cui化hua反fan應ying速su度du更geng快kuai，或huo者zhe降jiang低di反fan應ying所suo需xu的de能neng量liang。這zhe些xie改gai進jin都dou能neng夠gou降jiang低di反fan應ying成cheng本ben，提ti高gao反fan應ying效xiao率lv
，讓rang生sheng產chan氫qing氣qi變bian得de更geng為wei清qing潔jie高gao效xiao。

《科學》期刊在上周刊登了該團隊的研究成果
，他們研究的新催化劑對環境要求不高，但效果空前。

“本次研究最重要的成果在於，我們發現的催化劑可以在酸裏穩定存在。而且催化劑的效果前所未見。”斯坦福科學家
，上述《科學》文章聯合署名作者疋田育之(Hikita Yasuyuki)如是評價這次研究。

對於析氧反應的催化劑來說，一個很重要的評判標準是過電位
，即推動反應開始所需要的電壓。此前的記錄是320毫伏
，而這種新催化劑把反應所需的過電位降到了270毫伏到290毫伏之間。

疋田稱
，這一新記錄可以大大提高反應效率，大幅降低大規模生產氫氣所需的能耗。有了這種新催化劑，製氫廠指日可待。

這一前景光明的催化劑是一種薄膜晶體，由一層二氧化銥(iridium oxide)和一層Sr2IrO4(strontium iridium oxide)組成。因為薄膜晶體又平又薄


，使研究員更容易比較催化反應的效果。二氧化銥是目前人類發現的唯一一種可以在酸裏生效的催化劑。

研yan究jiu團tuan隊dui還hai發fa現xian
，隨sui著zhe反fan應ying的de進jin行xing，這zhe種zhong催cui化hua劑ji的de效xiao果guo越yue來lai越yue好hao。在zai對dui催cui化hua劑ji進jin行xing測ce量liang之zhi後hou，研yan究jiu人ren員yuan發fa現xian催cui化hua劑ji的de表biao麵mian發fa生sheng了le變bian化hua，但dan目mu前qian還hai沒mei能neng解jie釋shi催cui化hua的de具ju體ti機ji理li。科ke學xue家jia也ye承cheng認ren：“我們還不知道微觀層麵發生了什麼。我們隻知道有一部分鍶離子離開催化劑，進入了溶液。”

研yan究jiu團tuan隊dui正zheng在zai進jin行xing進jin一yi步bu的de研yan究jiu，希xi望wang能neng夠gou降jiang低di催cui化hua劑ji的de生sheng產chan成cheng本ben，提ti高gao催cui化hua效xiao果guo，還hai要yao探tan索suo催cui化hua反fan應ying背bei後hou究jiu竟jing為wei什shen麼me效xiao果guo如ru此ci之zhi好hao。銥yi的de價jia格ge非fei常chang高gao，因yin此ci他ta們men試shi圖tu用yong最zui少shao的de銥yi達da到dao最zui好hao的de效xiao果guo。不bu過guo，這zhe種zhong催cui化hua劑ji離li實shi際ji工gong業ye生sheng產chan還hai有you很hen大da的de距ju離li，降jiang低di催cui化hua劑ji成cheng本ben是shi研yan究jiu的de重zhong中zhong之zhi重zhong。

“在開發催化劑的路上，我們隻邁開了一小步，還有廣闊的進步空間。”托馬斯如是說，“有朝一日
，我們可能開發出效果比現在好百萬倍的催化劑。