电解水制氢被视为一种具备潜力的绿色能源路径,但反应所需的催化材料成本较高,其中铂因稀缺且价格昂贵成为关键制约因素。研究人员指出,铂当前价格约为每克85美元。
南非约翰内斯堡威特沃特斯兰德大学电化学家Victor Mashindi表示,电解制氢过程对铂的依赖度较高,而铂“稀缺且昂贵”,团队希望寻找在减少铂用量的同时仍能维持催化性能的替代方案。
Mashindi所在的国际研究团队由南非、巴西、加拿大和德国的研究人员组成。团队在《ACS应用能源材料》发表论文,介绍了一种新型催化剂设计:在催化体系中以镍、钴等金属替代部分铂,并将金属组分固定在由碳构成的微小结构(纳米球)上,以稳定材料并提升反应表面积。

研究团队称,常见电解催化剂的铂含量约为20%(按重量计),而该新型催化剂的铂含量约为4%,相当于将铂用量降低五倍。Mashindi表示,在材料总量不变、铂含量更低的情况下,新催化剂的产氢量与高铂含量催化剂相同,性能表现相当,从而带来显著的成本节约空间。
为进一步理解材料结构与性能关系,团队利用加拿大萨斯喀彻温大学的加拿大光源(Canadian Light Source)对催化剂各组分的排列及相互作用进行研究。威特沃特斯兰德大学材料科学家、研究负责人Dean Barrett表示,加拿大光源提供的数据帮助团队更清晰地掌握催化剂的原子结构,从而在纳米尺度上对材料性能进行微调,以实现“更多产氢和更少铂”的目标。
Barrett同时指出,该催化剂目前仍处于早期研究阶段。团队已确定一家南非本地初创公司,可能就后续开发开展合作。他表示,当前工作仍属于基础科学层面,下一步需要验证实验室方法能否实现规模化应用。
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