科学家们发现了一种新可继续方法来制作用于燃料电池和化肥的氢气

由Ryuhei nakamaru领导的日本理化学研讨所可持续资源科学中心(CSRS)的一个研讨小组发现了一种从水中出产氢气的可持续和有用的新办法。跟现在的办法不同，这种新办法不需求贵重或供给缺少的稀有金属。

相反，用于燃料电池和农业肥料的氢气现在可以用钴和锰这两种适当常见的金属来出产。这项研讨宣布在《Nature Catalysis》上。

跟焚烧时发生二氧化碳的传统化石燃料不同的是，氢气是一种清洁燃料，只发生水作为副产品。假如可以运用可再生电力从水中提取氢气，那么能源网就可以变得清洁、可再生和可持续。此外，氢气是出产氨气所需的要害成分，而氨气简直用于一切组成肥料。但现在，组成氨工厂不是从水中清洁地提取氢气，而是运用化石燃料来出产他们所需求的氢气。

那么为什么咱们还在运用化石燃料？其间一个原因是，氢气提取进程自身--电解--是贵重的且尚不具有可持续性。

“这主要是由于缺少杰出的催化剂，”Nakamura说道，“除了可以接受恶劣的酸性环境之外，催化剂有必要十分活泼。假如不是这样，出产必定数量的氢气所需的反响电量就会飙升，随之而来的是本钱的添加。”

现在，用于水电解的最活泼的催化剂是铂和铱这样的稀有金属，这就造成了一个两难的局势，由于它们很贵重，并且被认为是金属中的“濒危物种”。现在将整个地球转为氢燃料将需求约800年的铱出产量，这个数量或许乃至不存在。另一方面，丰厚的金属如铁和镍则不行活泼，往往在恶劣的酸性电解环境中当即溶解。

在寻觅更好的催化剂的进程中，研讨人员留意到了钴和锰的混合氧化物。钴氧化物关于所需的反响来说可所以活泼的，但在酸性环境中会很快被腐蚀。锰氧化物则更安稳，但活性还不行高。经过结合它们，研讨人员希望能运用它们的互补特性。别的，他们还有必要考虑实验室外实践运用所需的高电流密度。这项研讨的论文一起榜首作者Shuang Kong说道：“关于工业规划的氢气出产，咱们需求将咱们研讨的方针电流密度设定为是曩昔实验中运用的电流密度的10到100倍左右。高电流导致了一些问题，如催化剂的物理分化。”

终究，该团队经过实验和过错克服了这些问题，别的他们还经过将锰刺进Co3O4的尖晶石晶格以发生混合钴锰氧化物Co2MnO4发现了一种活泼和安稳的催化剂。

测验标明，Co2MnO4的功能十分好。活化水平则接近于最先进的铱氧化物。此外，新的催化剂在每平方厘米200毫安培的电流密度下持续了两个多月，这或许使它在实践运用中变得有用。跟其他非稀有金属催化剂比较，它们一般只能在低得多的电流密度下持续几天或几周，新的电催化剂则或许是一个游戏规则的改动者。

研讨论文一起榜首作者Ailong Li指出：“咱们现已完成了数十年来科学家们都无法完成的方针。运用由丰厚的金属制成的高活性和安稳的催化剂来出产氢气。从长远来看，咱们信任这是朝着发明一个可持续的氢气经济迈出的一大步。就像其他可再生技能如太阳能电池和风力发电，咱们估计跟着更多的发展，绿色氢气技能的本钱在不久的将来会急剧下降。”

实验室的下一步将是找到延伸新催化剂的寿数并进一步进步其活性水平的办法。“总是有改善的地步。咱们持续尽力寻觅一种非稀有金属催化剂然后使其功能跟现在的铱和铂催化剂相匹配，”Nakamaru说道。