制氢新突破——廉价高效“双金属”催化剂

　　特拉华大学和哥伦比亚大学的研究人员制备出了一种廉价的双金属催化剂，该催化剂是由铜钛金属模拟贵金属铂的结构制备而成，其可以大大提高电解水制氢的效率，应用前景广阔。

　　德拉瓦大学的研究人员发现了一种廉价且高效的催化剂，可以将水转化为氢燃料，这使氢成为可持续能源更进一步。

　　“二氧化碳的排放使人们越来越意识到到，没有一种清洁、可再生能源替代品，世界的发展是无法维持，”化学和生物工程助理教授Feng Jiao和合作者在《自然通讯》（《Nature Communications》）上发表的文章中写道，“氢是潜在的清洁燃料。”

　　据调查，燃料氢有许多工业用途，例如可以作为发动机汽车的替代燃料。

　　不同于碳基燃料燃烧时排放CO2，氢燃料电池或发动机运行后的产物是水。但其作为可持续能源在第一步制备方法上就受到了阻碍。

　　工业中通常使用蒸汽甲烷转化工艺制氢，这需要天然气和大量的能源，以及产生二氧化碳作为副产品。这使得氢燃料的生产成本很高。

　　通过电解水（即低电流分离氢原子和氧原子）代替从甲烷获得氢，需要更少的能源，同时产生氧气作为副产品，并可能使制氢更加可持续。

　　这就需要金属催化剂，协助电子转移从而降低反应所需要的驱动能量。但制氢最好的催化剂是铂，进行大规模利用的成本太高。

　　作为特拉华大学和哥伦比亚大学之间的合作的一部分，焦博士和他的同事发现一种潜在的突破性的替代物--通过将铜和钛结合起来模拟铂催化剂的结构的合金。

　　“（该）催化剂是由两种廉价且丰富的元素制备而成，但它的活性是可以与铂催化剂相媲美的，”焦博士说。新催化剂不仅更符合成本效益，而且使反应速度更快。

　　单独来用，铜和钛并不是析氢较好的催化剂氢，但将其组合，它们在原子尺度上形成了一个独特的类似的铂催化剂结构。此外，多孔纳米结构的产生可以最大数量地暴露活性位点（反应通常发生在活性位点）。

　　铜和钛原子的某些排列会形成非活性位点，降低效率，所以原子相对比例和位置需要严格控制。

　　双金属（铜钛）催化剂自身就是载体，所以通过导电表面连接（例如碳），这进一步降低了反应的能量损失。

　　“催化剂的经济性和效率提供了令人兴奋的可能性，”焦博士说。“它（为我们）提供了使用廉价金属代替贵金属催化剂且不损害性能的新机遇。”