中国成功攻克制氢成本高昂难题:廉价的钌单原子合金催化剂

能源资讯
发布日期
2019-04-26 19:29
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尽管电解水被视为最好的氢气制备方式之一,但长期受制于氧气析出催化剂、非铂氧还原催化剂的开发进程,该技术尚未实现大规模高效、廉价推广。

4月15日,中国科技大学官方消息显示,中国科学技术大学吴宇恩教授课题组运用创新工艺,在氧析出催化剂研发领域取得重大突破,促进了电解水制氢的工业化。

据介绍,吴宇恩教授课题组创新性地提出利用抗氧化、抗溶解能力强的铂基合金为载体,利用表面缺陷工程技术捕获和稳定单原子的方法成功制备了钌单原子合金催化剂,可使酸性氧析出仅需要较低过电位 (220 mV),极大地加快了氧析出过程。

氧析出常用商用催化剂为二氧化铱。但铱金属市价240-250元/克,工业上通过二氧化铱电解水制氢的成本为33-38元/kg,转化为相同能量所需汽油成本为25-29元。相较之下,钌金属市价19.5-20.5元/g,地球储量更丰富,也可作为催化关键元素,如果用于工业,能够有效降低氢气制备成本。

但在酸性氧析出运行环境中,不仅需要高过电位而且催化剂的稳定性很难保证,这导致氧析出动力学极其缓慢。而钌基催化剂在酸性氧析出中的稳定性也被公认为世界难题。在强酸、强氧化性环境中,由于二氧化钌中的晶格氧参与了产物氧气的析出,二氧化钌在高工作电位下极易被氧化为四氧化钌,从而失去催化活性。因此,开发高活性和稳定的钌单原子催化剂,成为解决上述问题的潜力途径。

吴宇恩教授团队早在2014年就开始钌元素应用研究,最终研发出高效廉价的钌单原子合金催化剂,支持高效廉价电解水制氢。据称,该钌单原子合金催化剂相对于商业钌基催化剂的过电位降低了大约30%,稳定性提高了近10倍。

新加坡国立大学化学系的杨文祥教授认为,吴宇恩教授团队的工作成功实现了“通过应力工程调控单原子钌的电子结构,从而进一步提高其在酸性氧析出中的活性和稳定性”。

该论文的第一作者么艳彩博士也表示,相关实验证实了该钌单原子合金催化剂相比于商业钌基催化剂在酸性电解水反应中具有更好的活性、抗过氧化和抗溶解能力。

责编:陈佳佳
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