制氫新突破——廉價高效“雙金屬”催化劑

　　特拉華大學和哥倫比亞大學的研究人員制備出了一種廉價的雙金屬催化劑，該催化劑是由銅鈦金屬模擬貴金屬鉑的結構制備而成，其可以大大提高電解水制氫的效率，應用前景廣闊。

　　德拉瓦大學的研究人員發現了一種廉價且高效的催化劑，可以將水轉化為氫燃料，這使氫成為可持續能源更進一步。

　　“二氧化碳的排放使人們越來越意識到到，沒有一種清潔、可再生能源替代品，世界的發展是無法維持，”化學和生物工程助理教授Feng Jiao和合作者在《自然通訊》（《Nature Communications》）上發表的文章中寫道，“氫是潛在的清潔燃料。”

　　據調查，燃料氫有許多工業用途，例如可以作為發動機汽車的替代燃料。

　　不同于碳基燃料燃燒時排放CO2，氫燃料電池或發動機運行后的產物是水。但其作為可持續能源在第一步制備方法上就受到了阻礙。

　　工業中通常使用蒸汽甲烷轉化工藝制氫，這需要天然氣和大量的能源，以及產生二氧化碳作為副產品。這使得氫燃料的生產成本很高。

　　通過電解水（即低電流分離氫原子和氧原子）代替從甲烷獲得氫，需要更少的能源，同時產生氧氣作為副產品，并可能使制氫更加可持續。

　　這就需要金屬催化劑，協助電子轉移從而降低反應所需要的驅動能量。但制氫最好的催化劑是鉑，進行大規模利用的成本太高。

　　作為特拉華大學和哥倫比亞大學之間的合作的一部分，焦博士和他的同事發現一種潛在的突破性的替代物--通過將銅和鈦結合起來模擬鉑催化劑的結構的合金。

　　“（該）催化劑是由兩種廉價且豐富的元素制備而成，但它的活性是可以與鉑催化劑相媲美的，”焦博士說。新催化劑不僅更符合成本效益，而且使反應速度更快。

　　單獨來用，銅和鈦并不是析氫較好的催化劑氫，但將其組合，它們在原子尺度上形成了一個獨特的類似的鉑催化劑結構。此外，多孔納米結構的產生可以最大數量地暴露活性位點（反應通常發生在活性位點）。

　　銅和鈦原子的某些排列會形成非活性位點，降低效率，所以原子相對比例和位置需要嚴格控制。

　　雙金屬（銅鈦）催化劑自身就是載體，所以通過導電表面連接（例如碳），這進一步降低了反應的能量損失。

　　“催化劑的經濟性和效率提供了令人興奮的可能性，”焦博士說。“它（為我們）提供了使用廉價金屬代替貴金屬催化劑且不損害性能的新機遇。”