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催化裂解水制氢新机制

2019/10/15 15:35:452276

来自MIT和德州奥斯汀分校的科学家合作在国际顶级期刊《自然通讯》发表的研究文章中认为，加速水分解反应的关键是促进氧原子在钙钛矿氧化物电极晶体表面移动从而加速氧气形成。这一发现对水解制氢工业同样具有非常重要的意义。

A new mechanism for catalyzing the splitting of water

在这项工作中，科学家采用地表含量丰富的非贵金属氧化物催化剂——钙钛矿来进行深入研究。首先，研究人员合成了具有不同比例的镧和锶元素的钴氧化物，通过实验发现，影响催化性能的两个最重要的因素分别为钴氧键的共价性和氧空位的数量。然后，通过控制合成条件，研究人员制备了一种SrCoO_2.7化合物，结果表明该材料具有非常高的裂解水活性，远高于目前最好的氧化铱催化剂。通过与MIT的理论科学家合作，团队最终成功揭示了水解制氢的原子尺度反应机理。从头开始密度泛函理论计算结果显示，正是由于钴氧化物独特的电子结构导致了该反应的高效进行。

以水为原料高效制备氢气和氧气是阻碍水电解槽及燃料电池和金属空气电池发展的技术瓶颈。一旦以廉价金属氧化物催化剂为基础的高效可逆裂解水制氢技术能成功应用，将大大促进可再生能源制氢技术的推广，甚至以水为“燃料”的电动汽车将成为可能。