從浙江大學獲悉，該校化學工程與生物工程學院侯陽研究員，通過將高度分散的鎳單原子錨定在氮-硫摻雜的多孔納米碳基底，設計開發出了一種單原子OER催化劑，能使電/光電催化水裂解析氧反應更加高效。
相比市場上廣泛應用的商業銥基催化劑，這種新型催化劑可降低80%的成本，並大幅提升反應的穩定性。
該成果已被知名學術期刊《自然通訊》在線報道。
通過水裂解產生氧氣，進而形成氫氣，是最常見的氫氣製備方法。
其產生的電/光電催化析氧反應（OER），涉及四電子轉移的複雜反應過程，會限制整體的能量轉換效率。
此前有科研人員研究出了金屬銥作為催化劑提升反應效率，其貴於黃金的價格又給實驗帶去了新的負擔，研製出既保證催化效果，且更為廉價的替代品，成了學界的一項難題。
侯陽課題組通過仿生學方法，從材料的原子結構開始剖析。他們發現葉綠體中存在一種金屬-氮配位卟啉結構，可收集太陽能，利用光合作用氧化反應分解水，並釋放出氧氣。
近年來，類似鎳、鈷、鐵等過渡金屬與氮配位摻雜的碳材料被認為是OER反應過程中催化劑的有力候選者。侯陽介紹，他們由此分析發現了鎳-氮配位摻雜的碳材料。
“在這一特殊結構中，四個氮原子‘拉著’金屬鎳原子，吸引氫氧根離子吸附，降低了各種中間環節的轉換難度，進而加速氧氣析出。”
基於大量的理論計算，課題組創新性地用一個硫單原子替換了一個氮原子，對材料表面的電荷分佈進一步優化，同時採用特殊工藝，將鎳-氮材料“錨定”在碳基底上，規避了材料的不穩定性，最終使這種新型催化劑電極在鹼性條件下表現出優異的電催化水裂解析氧活性和穩定性。
“OER析氧反應是水裂解器件和金屬-空氣電池的核心過程”。
談及未來的應用，侯陽表示，新一代燃料電池汽車，對高能量密度提出重要需求，水裂解產生的氫氣能源將發揮重要作用。
這項成果展現了工業級電解水制氫的潛能，或將助力新一代氫能汽車大規模降低燃料成本。
來源：中國科技網
