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新型水解催化剂研究取得突破

时间:2017-05-18 09:26:39来源:中国氢能源网

  国外网站报道,氢气是目前用于汽车、住宅以及便携式发电机领域最有前景的清洁能源之一。氢气可由水分解制得,属于百分百无碳足迹的可持续燃料。水分解制氢过程需要适当的催化剂来加速反应,并非易事。目前,包括能源部SLAC国家加速器实验室在内的研究团队已经展开了这一方面的研究。他们开发了一种新的钼涂层催化剂,可以有效的催化水解反应并可以避免气体再次溶解于水中。在DOE的科学用户设施办公室,科学家通过SSRL的不断试验研究,终于破解了钼涂层的工作原理,这一成果被发表于413日的Angewandte Chemie中。后续的试验也表明钼涂层策略可应用于电催化和光催化装置中。

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涂层的稳定性是研究者面临的最大难题。论文的第一作者Garcia-Esparza在沙特阿拉伯国王阿卜杜拉科技大学(KAUST)攻读硕士学位期间就在化学科学副教授Kazuhiro Takanabe指导下协助完成了新型催化剂的研发。在选择钼作为涂层之前,Takanabe的团队对不同元素的进稳定性、性能行了大量试验研究。考虑到涂层处于酸性环境中,所以能否抵制酸性环境的影响是其最大挑战,实际结果表明,钼元素涂层符合这一要求,可以很好的催化水分解制氢。

研究的另一个挑战是如何测量其催化性能。Garcia-EsparzaSSRL进行了电化学实验研究了催化剂性能的原位表征。团队使用X射线吸收光谱仪分别对含有钼涂层和不含有钼涂层的光谱仪进行了试验研究。研究结果表明,在水解过程中,钼涂层相当于一层隔膜,可以阻止氢气和氧气接触Pt催化剂,进而避免了气体在此反应生成水。此外研究团队还研究了光催化的应用。他们分别构建了使用铂/氧化钛(Pt / SrTiO3)和添加了钼涂层催化剂的水解系统,随后在KAUST进行了光催化测试。结果表明,当有光照时,标准Pt / SrTiO3催化剂在保持了6个多小时的高氢气产量后由于气体反向生成水降低了氢气的产量。当移除光照时,氢气的产量随时间而下降,进一步验证了气体重新反应成水过程降低了氢气产率。另一组含有钼涂层的催化剂结果维持24小时氢气产量,在没有光照的条件下保持稳定的氢气产率。充分说明了涂层可以抑制逆反应过程的发生。试验的成果显著,但是距离实际运用还需进行大量努力研究。

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