《美国化学会志》:新型镍基催化剂诞生，可通过电解水高效生产氢燃料

最近，一组研究人员提出了一种利用廉价且易得的镍作为电催化剂，通过电解水高效生产氢燃料的方法，开创了氢经济时代。

该研究团队由 Jong Kyu Kim 教授领导，并得到 Kim、Jeong Woo Han、Jung 等人的重点支持。

他们共同研发出了一种高效的掺杂过渡金属原子的镍基催化剂体系。研究人员表示，他们已经确定了碱性介质中催化吸附性能与析氢（HE）反应动力学之间的相关性。近日，这些研究成果被收录在顶级期刊《美国化学会志》（JACS）的封面文章中。

燃料电池是一种环保的发电装置，通过氧气和氢气生成水的化学反应来发电。在此过程中，水电解还原作为逆反应发生，水分解产生氢燃料。这被认为是大规模生产高纯度氢燃料最环保和可持续的方法。

但其缺点是成本高、效率低，因为需要使用贵金属作为电极。为了降低水电解生产氢燃料的单位成本，开发活性高、稳定性好、价格低廉、产氢性能最大化的电化学催化剂至关重要。

为此，联合研究团队设计了一种高效的催化剂，将地球上储量丰富的镍与一系列亲氧性过渡金属元素结合在一起，以优化碱性 HER 中的吸附。研究团队进一步证明，亲氧性掺杂剂的引入可以有效控制镍基催化剂表面的吸附性能。

为了进一步提高镍基催化剂的 HER 活性，研究人员引入了一种独特的三维（3D）纳米螺旋（NH）阵列，该阵列可通过斜角共沉积法轻松制备，具有丰富的表面活性位点、高效的电荷转移通道和开放的质量传输通道。他们成功制备了高活性和稳定的 Cr 掺杂 NiNHs 催化剂，与传统的镍基薄膜催化剂相比，它在降低的过电压下表现出优异的制氢效率。

“这项研究意义重大，因为它为可持续氢能转换系统的高性能和商业化提供了学术基础，”该论文的通讯作者金钟圭教授解释说。“高效双金属电催化剂的设计策略和实验方法的核心概念不仅可以应用于水电解器，还可以应用于燃料电池、二氧化碳减排和光电化学系统。预计这项原创技术将在环境能源领域产生重大的连锁反应和技术扩展。”

论文共同通讯作者 Jeong Woo Han 教授补充道：“计算化学通过快速找到双金属来控制催化剂的吸附强度，大大加速了水电解反应，从而仅使用非贵金属材料就可以制造双金属电催化剂。”

该项研究得到了韩国国家研究基金会氢能创新技术发展计划、中期研究员计划（Mid-）、创造性材料发现计划（）的支持。

翻译/前瞻经济学人APP信息集团