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利用废酵母生物质设计水分解催化剂

已经开发出一种新的催化剂合成方法,该方法能够从酵母中产生氢,酵母是酒精和面包发酵所涉及的主要微生物。新系统可以利用废酵母生物质中发现的物质将水有效地分解为氧气和氢气。另外,该方法廉价,收率高,因此有望降低水分解制氢的成本。

由UNIST自然科学学院的著名教授Kwang S. Kim(韩国国家荣誉科学家)领导的研究小组成功开发了一种新的催化剂合成方法,该方法可以利用废酵母生物质将水有效地分解为氧气和氢气。此外,通过用钌(Ru)和铁(Fe)基材料覆盖酵母基载体,他们开发了一种新型的催化剂材料,该材料在氢气和氧气生成方面均表现出出色的性能。

氢是地球上最清洁的主要能源。产生环境友好的氢气的一种方法是通过电解水。但是,这种方法需要贵金属基催化剂,例如用于HER的铂(Pt)和用于OER的铱(Ir)。然而,这些催化剂通常是稀有的,昂贵的和较不耐用的。

该研究团队专注于废酵母生物质,将其作为催化剂材料,既可改善氧气和氢气的产生,又可替代贵金属催化剂,如Pt或Ir。因为酵母是一种活生物体,所以即使将其消耗掉并丢弃,它也富含碳(C),磷(P),硫(S)和氮(N)等物质。

此类材料的电导率会增加,并且可能会聚集其他材料以帮助固定金属颗粒的实际聚集物。该特征最终有可能成为良好的催化剂。

在这项研究中,研究小组使用废酵母作为催化剂载体,创造了两种促进氢和氧生成的催化剂。他们报告了使用钌单原子(RuSAs)以及嵌入在MHC(RuSAs + RuNPs @ MHC)中的Ru纳米颗粒(RuNPs)作为阴极和负载在MHC上的磁铁矿(Fe 3 O 4)在1 M氢氧化钾中产生氢气和氧气的情况。Fe 3 O 4( MHC)作为阳极。RuSAs + RuNPs @ MHC催化剂在过电势,交换电流密度,Tafel斜率和耐用性方面均优于最先进的用于氢析出反应的商业化碳铂催化剂。此外,与工业上采用的催化剂(氧化铱)相比,Fe 3O 4 @MHC催化剂具有出色的析氧反应活性。

研究小组指出:“要进行全水分解,需要1.74 V的太阳能才能驱动约30 mA的电流,并且在有室外阳光曝晒(12 h)和不存在阳光(58 h)的情况下都具有出色的长期稳定性。 ,作为实现可持续能源发展的有希望的战略。”

著名的金教授说:“酵母生物质衍生的材料可以帮助开发高效,环保和经济的催化剂,以提高制氢的可持续性。” “与煤和石油相比,废酵母是生态友好,廉价且易于获得的生物质,研究结果表明废酵母生物质的新应用。”

这项研究的结果发表在《自然可持续性》上。

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