俄美合作研发可大幅提高氢燃料产量的催化剂

据俄罗斯科技信息网援引俄“斯科尔科沃”科技学院消息，该校研究人员会同美国德克萨斯大学奥斯丁分校和麻省理工学院两所高校的同行合作研发出可大幅提高碱性溶液电解水分解效率的催化剂。这是生产可再生清洁氢能源的关键过程之一。

要想使电解水生产氢能源方法在现代能源生产中得到广泛应用，需要解决诸如能源需求量大、电解水装置成本高及装置寿命有限等一系列技术问题。特别是以铂和铱等贵金属为原料制造的电解催化剂成本高昂，极大限制了氢能的大规模应用。新型催化剂研究成果的第一完成人梅福德教授认为，如果能研究出使用廉价且方便获取的材料制取的电解水催化剂，就可以得到可商业化应用的生产可再生能源的方法，并将极大促进使用氢能的新能源汽车的设计和推广使用。为了实现这一目标，需要在原子层面明了影响其功效的因素以及催化剂的特性。以斯蒂文森教授为首的研究小组合成了一系列钙钛矿型（钙钛矿是稀土矿的一种—钛酸钙）镧钴氧化物，可通过用锶来替代部分镧的方式来控制其性质。“斯科尔科沃”科技学院的阿巴库莫夫教授等科研人员使用透射电子显微镜研究了晶体表面和内部的材料结构。

研究人员在麻省理工将上述数据用于水在碱性溶液中的电解反应过程做了数学模拟，并在其基础上得到了确定催化剂特性的两个重要指标：钴—氧共价结合的程度（钴和氧的价电子的能量接近）和氧空位的浓度（在材料的晶体结构中的位置，应该由氧原子占据但在活跃的催化剂中却被空置）。斯蒂文森的团队基于这两个指标，将氧与不足量的锶钴氧化物的混合物SrCoO2.7作为催化剂的基体，其电解水活性要比现有最好的工业用催化剂二氧化铱（IrO2）强20倍，但成本却大大降低。史蒂文森教授透露，目前研究团队已经制取了改进的碱性电解水催化剂的原型，这一成就促使团队克服研究过程中的困难，成功将电解水装置、燃料电池和电池组进行应用。相关学术论文已经在《Nature Communications》杂志上发表。

（来源：科技部）