非貴金屬納米粒子有朝一日可以替代用于制氫的昂貴催化劑

非貴金屬納米粒子有朝一日可以替代用于制氫的昂貴催化劑。然而，通常很難確定它們可以達(dá)到的反應(yīng)速率，特別是在涉及氧化物顆粒時(shí)。這是因?yàn)楸仨毷褂谜澈蟿┖蛯?dǎo)電添加劑將顆粒附著到電極上，這會(huì)使結(jié)果失真。借助于單個(gè)顆粒的電化學(xué)分析，研究人員現(xiàn)已成功地確定了由鈷氧化鐵制成的納米催化劑的活性和物質(zhì)轉(zhuǎn)化率 - 沒(méi)有任何粘合劑。由Ruhr-UniversitätBochum教授Kristina Tschulik教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)與杜伊斯堡

“非貴金屬催化劑的開(kāi)發(fā)在實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型方面發(fā)揮著決定性作用，因?yàn)樗鼈儍r(jià)格便宜，并且可以提供足夠的數(shù)量來(lái)生產(chǎn)所需數(shù)量的可再生燃料，”卓越集群成員Kristina Tschulik表示。探索溶劑化(Resolv)。因此可以通過(guò)將水分解成氫和氧來(lái)獲得氫，這是一種有前景的能源。到目前為止，限制因素是產(chǎn)生氧氣的部分反應(yīng)。

優(yōu)于目前工業(yè)上的反應(yīng)率

研究人員在目前的工作中研究了鈷氧化鐵顆粒如何有效地催化氧氣的產(chǎn)生。他們一個(gè)接一個(gè)地分析了許多單個(gè)粒子。化學(xué)家允許顆粒催化電極表面上的氧氣產(chǎn)生并測(cè)量由此產(chǎn)生的電流，這提供了關(guān)于反應(yīng)速率的信息。“我們已經(jīng)測(cè)量了每平方米幾千安的電流密度，”Tschulik說(shuō)。“這高于工業(yè)目前可能的反應(yīng)速度。”

該團(tuán)隊(duì)表明，對(duì)于小于10納米的顆粒，電流取決于顆粒尺寸 - 催化劑顆粒越小，電流越小。電流也受到反應(yīng)中產(chǎn)生的氧氣的限制，并且從顆粒表面擴(kuò)散開(kāi)。

盡管壓力很大，但非常穩(wěn)定

在催化實(shí)驗(yàn)之后，化學(xué)家在透射電子顯微鏡下觀察催化劑顆粒。“盡管反應(yīng)速度很快，即盡管顆粒產(chǎn)生了如此多的氧氣，但它們幾乎沒(méi)有變化，”Tschulik說(shuō)。“極端條件下的穩(wěn)定性非常出色。”

當(dāng)前工作中使用的分析方法也可以轉(zhuǎn)移到其他電催化劑中。“為了能夠有效地進(jìn)一步開(kāi)發(fā)未來(lái)可再生能源技術(shù)的非貴金屬催化劑，必須更多地了解納米催化劑的活性，”波鴻化學(xué)家說(shuō)。為了分析粒度對(duì)催化活性的影響，合成具有確定尺寸的納米粒子是重要的。作為魯爾大學(xué)聯(lián)盟的一部分，波鴻團(tuán)隊(duì)與生產(chǎn)催化劑顆粒的Stephan Schulz教授領(lǐng)導(dǎo)的杜伊斯堡 - 埃森大學(xué)的研究人員密切合作。