基于化石燃料的传统能源日益减少及其相关的环境后果引起了世界各地对可再生能源开发的关注。这些可再生能源可能无法满足世界大众的全部能源需求;然而，它们限制了温室气体的影响以及化石燃料燃烧造成的空气污染。在替代资源中，氢被认为是最清洁的能源载体。

然而，氢在自然界中并不像氧一样以纯净状态存在，必须通过天然气(甲烷)、煤、生物质和水等含氢资源通过重整、热分解或电解来生产。但从天然气、煤炭和生物质生产氢气会导致温室气体二氧化碳(CO2)的排放。

我们知道水(H2O)是由氢原子和氧原子组成;因此，海水可能是无限的氢源。因此，氢被设想为化石燃料的可能替代品。通过可再生能源(使用风能、太阳能、水力发电、波浪能或类似能源)生产的电力被称为“绿色氢”。在这种情况下，一种提议的技术是在坚固的电催化剂表面的电解槽中使用可再生电力将水分解为氢气和氧气。

需要强大的电催化剂

尽管该领域取得了进步，但由于高效电催化剂的限制，通过喷水生产经济实惠的绿色氢的过程仍然缓慢。理论上，水在1.23V时分裂。但实际上，该值大于1.5V(意味着额外能量的浪费)。从理论上讲，这个最小能量是分解水分子所需的。该过程的电解槽中使用昂贵的贵金属基电催化剂，例如Pt、Pd、Au、Rh、Ir等。

业界和专家面临的主要问题是水氧化产生O2以及催化剂在恶劣的工业碱性条件下的稳定性。在第一个问题中，半电池反应是一个艰苦的反应，其中涉及四个电子，除了与不同组分(电解质、连接、催化剂等)的电阻率相关的能量损失之外，还需要大部分能量。电解槽。在第二个问题中，昂贵的催化剂常常由于表面降解而失去活性。在这些条件下，这种水分解反应需要一种廉价且负担得起且高活性和稳定的电催化剂。

发展现状

在最近的一项研究中，我们由SasankaDeka领导的团队设计并开发了一种新型的基于纳米复合材料的高效且具有成本效益的电催化剂，用于整体水分解。纳米复合材料是两种或多种纳米范围材料的均匀混合物。本发明的纳米复合材料是基于分层Co纳米片上的NiCu脱合金纳米粒子的纳米结构。我们的研究结果发表在《ACSCatalysis》杂志上。

所用材料比贵金属便宜且合成过程非常方便。这种新型催化剂用于氢氧化钾(KOH)电解液中的电解槽中，用于分解水。有趣的是，该系统显示了在1.46V电池电压下使用NiCu/Co电催化剂分解水并产生氢气。因此，该电催化剂仅使用家用1.5伏电池即可分解水。

关于NiCu/Co电催化剂的其他关键点是，绿色氢气的生产具有工业重要的高电流密度、催化剂的高稳定性(6,000次循环)和耐久性(60小时)。它还可以在30wt.%KOH电解质的工业电解质条件下工作，并且提供的电池电压远低于商用IrO2||Pt/C催化剂。

为了了解这种效率背后的原因，我们进行了详细的实验和计算研究。经证实的结果支持我们最初的假设，即选择性浸出材料以形成更多孔的结构，以及使用不同的金属中心和材料形状来析氢和析氧。

总之，我们开发了一种简单但先进且经济高效的方法来设计基于纳米复合材料的脱合金NiCu钴纳米片双功能电催化剂，该催化剂可以在1.46V下以极高的稳定性分解水。我们希望我们的产品可用于绿色氢生产电解槽的放大合成和商业用途。

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：