更高效的制氢方法

据fuelcellsworks网站报道：美国能源部阿贡国家实验室的研究者们研发了一种高效的制氢方法，其采用两步电解过程，将氢原子从水分子中分离出来，并使其结合形成氢分子。这种方法可以应用在从燃料电池到工业生产过程的诸多设备中。这项工作得到了美国能源部科学办公室的支持，《Science》杂志于12月2日对其进行了报道。

该图描述了水被分解为氢离子和氢氧根离子的一系列反应。此过程通过嵌入铂框架（图中灰色部分）中的氢氧化镍集簇（图中绿色部分）催化进行

科研人员一直在寻求更为简单的制氢方法，这主要是因为制氢过程需要消耗大量的能量。在美国，占总量2%的电能被用于氢气生产中，因此科研人员希望找到新的方法以降低能耗。领导该研究的阿贡实验室高级研究员Nenad Markovic表示人们知道可以利用氢气产生能量，但是却没有意识到生产氢气的困难。

目前，大量的氢气通过在高温条件下对天然气进行重整获得，此过程中将产生二氧化碳排放。Markovic表示电解水是迄今为止最清洁的氢气生产方式，其设计的方法使用了两种性能最好的电解水制氢催化剂。

之前的电解水过程需要某些金属——例如铂——以吸附活泼的中间产物并将其重新结合，形成结构稳定的氢分子。而Markovic的研究则集中于之前的步骤，包括提高将水分子分解为基本离子的效率。为实现这一目标，Markovic将簇状的Ni(OH)2附着在铂框架上，这些簇状物分解水分子产生游离状态的氢，并在铂的催化作用下产生氢气。

Markovic表示该方法中最重要的一点是将两种带来不同效用的材料——氧化物和金属协调使用，这显著提高了整个系统的催化效率。阿贡实验室的材料科学家George Crabtree曾经协助开展了实验室的能量转换计划，他表示研究者的成功要归因于他们对“单晶体”系统的应用，这种无缺陷的材料使得科学家可以准确预测材料在原子级别时的行为。此研究不仅将催化剂活性提高了10倍，而且还可以了解系统各部分的工作状态。通过把单晶体按比例增加到催化剂的实际尺寸，该工作展示了基础理论如何促进技术的迅速革新。