GIST研究人員改進水分離反應以實現綠色氫氣生產

源自可再生能源的綠色氫氣（H₂）是(shi)未(wei)來(lai)無(wu)碳(tan)化(hua)的(de)燃(ran)料(liao)。目(mu)前(qian)最(zui)流(liu)行(xing)的(de)製(zhi)備(bei)綠(lv)色(se)氫(qing)氣(qi)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)電(dian)解(jie)
，通(tong)過(guo)電(dian)化(hua)學(xue)電(dian)池(chi)將(jiang)水(shui)分(fen)解(jie)成(cheng)氧(yang)氣(qi)和(he)氫(qing)氣(qi)。這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)簡(jian)單(dan)的(de)反(fan)應(ying)，能(neng)夠(gou)得(de)到(dao)高(gao)品(pin)質(zhi)的(de)氫(qing)氣(qi)，並(bing)且(qie)零(ling)碳(tan)排(pai)放(fang)。盡(jin)管(guan)具(ju)有(you)這(zhe)些(xie)優(you)勢(shi)，電(dian)化(hua)學(xue)水(shui)分(fen)解(jie)尚(shang)未(wei)在(zai)商(shang)業(ye)規(gui)模(mo)上(shang)獲(huo)得(de)顯(xian)著(zhu)進(jin)展(zhan)。這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)在(zai)電(dian)化(hua)學(xue)過(guo)程(cheng)中(zhong)原(yuan)位(wei)產(chan)生(sheng)的(de)活(huo)性(xing)（氧）氫氧化物催化劑的電導率較低。這反過來又導致催化活性受到限製，阻礙了電池中的氫和氧析出反應。

長期以來，(羥基)氫氧化物電性能差一直是實現高效水分解的一個挑戰。現在，由光州科學技術研究院化學係的副教授Junhyeok Seo領導的研究團隊在形成肖特基結的形式上找到了解決這個問題的方法。     

在一項最近的研究中
，該研究已於2023年8月30日在線發布，並將於2024年1月發表在《Applied Catalysis B: Environmental》期刊的第340卷中，他們展示了一種電極
，該電極在金屬鎳鎢氮化物（Ni-W₅N₄）和半導體n型鎳鐵（氧）羥基（NiFeOOH）催化劑的界麵形成了肖特基結。該電極能夠克服（羥基）氫氧化物的電導極限，並提高了裝置的水分解能力。

zhidezhuyideshi，yanjiutuanduijiangyizhongjinshuheyizhongbandaoti，juyoufeichangbutongdianzixingweideliangzhongcailiaolianxizaiyiqi，xingchengleyigenengliangchayidejiemian，xingchengleyigexiaotejijie。Seo博士解釋說：“womendeyanjiuliyonglexiaotejijiezhongcunzaidezhegedianshinengbilei，jiasuledianzizaidianjizhongdeliudong，daozhiyangjinhuafanyinghuoxingxianzhuzengjia，congerjiakuailezhengtishuifenjieguocheng”，強調了他們新設計的電極背後的核心機製。

在進行電催化水分解時，研究團隊觀察到Ni-W₅N₄合金催化了氫進化反應，在小過電位（11 mV）下產生了10 mA/cm²的電流密度。此外，Ni-W₅N₄ | NiFeOOH界麵形成的整流肖特基結抵消了（氧）羥基物種產生的非導電層。在正向偏置下
，它在181 mV過電位下表現出11 mA/cm²的電流密度。電極的電化學分析顯示，提高的催化活性確實可以歸因於肖特基結。

最後
，研究人員使用他們設計的肖特基結電極製造了一個用於工業海水電解的電解槽。他們發現
，新設備可以連續運行10天
，同時在電解過程中展現出卓越的催化活性和耐久性。它在僅230 mV的過電位下表現出驚人的100 mA/cm²的電流密度。

總體而言
，研究人員認為這些發現可以為氫氣生產提供可持續戰略，最終取代仍依賴化石燃料的傳統方法。正如Seo博士總結的那樣：“淡(dan)水(shui)和(he)海(hai)水(shui)是(shi)豐(feng)富(fu)且(qie)可(ke)再(zai)生(sheng)的(de)質(zhi)子(zi)來(lai)源(yuan)。高(gao)效(xiao)的(de)水(shui)分(fen)解(jie)係(xi)統(tong)確(que)保(bao)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)建(jian)立(li)可(ke)持(chi)續(xu)生(sheng)產(chan)零(ling)碳(tan)氫(qing)燃(ran)料(liao)，從(cong)而(er)幫(bang)助(zhu)解(jie)決(jue)我(wo)們(men)當(dang)前(qian)的(de)氣(qi)候(hou)問(wen)題(ti)。”

讓我們希望Ni-W₅N₄ | NiFeOOH電極成功地進行水分解的演示為基於肖特基結的耐久高性能能量存儲和轉換係統開辟新的途徑！

來源：https://fuelcellsworks.com/news/gist-researchers-improve-water-splitting-reaction-for-green-hydrogen-gas-production/

翻譯人：高豐言