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新型的制氢电催化剂 具有更高的法拉第效率

世界各地的研究人员都在积极致力于加速新型催化剂的开发,这种催化剂可以大大降低制氢成本。已经报道了许多突破性催化剂,但是它们的预期性能在实施之前常常是未知的,因此需要进一步研究以用于实际应用。隶属于UNIST的一项最新研究介绍了一种新型的高效氢生成催化剂,并已证明了其预期的催化性能。

联合国科技大学能源与化学工程学院的Jong-Beom Baek教授及其研究团队成功开发了一种新型的水分解氢催化剂,该催化剂由均匀分布并固定在多壁碳纳米管表面上的钌(Ru)纳米粒子组成( MWCNT)或(Ru @ MWCNT)。该研究小组还评估了Ru @ MWCNT的催化性能。结果表明,Ru @ MWCNT催化剂在许多方面都优于商用Pt / C催化剂。据研究团队称,这些新型催化剂易于合成,可大量生产。

Baek教授说:“除了引入超越现有材料特性的高效稳定催化剂之外,本研究还旨在评估催化剂电极的催化性能,这是商业化的重要组成部分。”

氢是最丰富的元素,占宇宙的75%,并已被视为未来的一种高效且环保的能源。当前,大多数氢是从化石燃料(例如天然气)中产生的,这通常会在此过程中释放二氧化碳(CO 2)排放。作为替代方案,已经提出了使用电将水分解成氢和氧的方法,但是这需要使用昂贵的催化剂,例如铂。

因此,白克教授的团队一直在稳定地开发催化剂,这些催化剂不仅性能优于传统的铂催化剂,而且具有较低的生产成本。Ru @ MWCNT催化剂比以前宣布的金属有机催化剂具有优异的电化学性能。该催化剂在酸性和碱性条件下均表现出出色的HER性能,具有低过电势(见图1),出色的耐久性和高周转频率。

Ru @ MWCNT催化剂采用的结构是,钌(Ru)纳米粒子均匀分布并锚固在多壁碳纳米管(MWCNT)的表面上。由于较小的粒度分布和颗粒均匀性,它显示出出色的HER性能,为此,还开发了一种制造工艺。

Do Hyung Kweon(能源与化学硕士/博士相结合)说:“现有的结合Ru和CNT的方法,有一种趋势,Ru颗粒会粘在一起,并且在热处理过程中会稳定地增加团聚体的尺寸。”该研究的第一作者。“我们通过引入'Ru盐'和'-COOH'抑制了这种颗粒的团聚,这使得Ru纳米颗粒能够在MWCNT表面上均匀分布。”

为了准确确定新催化剂的性能,白克教授除了进行现有的超电势测量外,还在实际的水分解系统的构建和分析中进行了HER性能评估。他们的结果表明,Ru @ MWCNT的单位能耗产生的氢比商业Pt / C高出15.4%,法拉第效率(92.28%)高于Pt / C(85.97%)。

Baek教授说:“以前对氢催化剂的研究主要集中在对催化性能本身的评估上,还不足以应对实际的水分解系统的构建和分析。” “这项研究意义重大,因为它可以预测HER的实际适用性。”

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