博士後研究員Jaemin Kim，化學和生物分子工程學教授Hong Yang和研究生Pei-Chieh (Jack) Shih是一個研究小組的成員，他們開發了一種新材料，可以幫助分解水分子以生產氫燃料。
(圖源：ScienceDaily)
打破水分子中的氧和氫之間的鍵可能是以可持續的方式創造氫氣的關鍵，但要找到一種經濟上可行的技術來實現這一點已經被證明是困難的。
研究人員尋找到了一種新的產氫催化劑，它可以清除許多障礙——存量豐富、在酸性條件下穩定和效率較高。
在Angewandte Chemie雜誌上，來自伊利諾伊大學香檳分校的研究人員報告了一種電催化材料，這種材料由金屬化合物和一種叫做高氯酸的物質混合而成。
電解槽利用電把水分子分解成氧和氫。
這些裝置中最有效的使用了腐蝕性酸和由金屬化合物銥氧化物或釕氧化物製成的電極材料。
氧化銥是這兩種化合物中較穩定的一種，但銥是地球上含量最少的元素之一，因此研究人員正在尋找一種替代材料。
“以前的大部分工作都是用由兩種元素——一種金屬和氧氣的化合物——製成的電解槽來完成的，”伊利諾伊大學化學和生物分子工程教授、論文合著者Hong Yang說。
“在最近的一項研究中，我們發現如果一種化合物含有兩種金屬元素——釔和釕——和氧，那麼水分解反應的速率就會增加。”
Yao Qin是論文的合著者，也是Yang的研究小組的前成員，他首先嚐試了用不同的酸和加熱溫度來增加水分解反應速率的方法來製造這種新材料。
研究人員發現，當他們使用高氯酸作為催化劑，讓混合物在高溫下反應時，釔釕酸鹽產品的物理性質發生了變化。
“這種材料變得更加多孔，而且有了一種新的晶體結構，與我們以前做過的所有固體催化劑都不同，”主要作者、博士後研究員Jaemin Kim說。
該團隊開發的新型多孔材料——釔釕酸鹽的一種焦氯氧化物——可以以比目前行業標準更高的速度分解水分子。
“由於其促進活性增加，當涉及到電催化劑時，多孔結構是非常理想的。”Yang說。
這些孔洞可以用納米尺寸的模板和製作陶瓷的物質合成。然而，在製造高質量固體催化劑所需要的高溫條件下，這些結構是無法堅持的。
Yang和他的團隊用電子顯微鏡觀察了他們的新材料的結構，發現它比他們在之前的研究中開發的原始釔釕酸鹽多孔四倍，是商業上使用的銥釕氧化物的三倍。
“令人驚訝的是，我們選擇酸作為這種反應的催化劑，結果是改善了電極材料的結構，”Yang說。
“這種認識是偶然的，對我們很有價值。”
Yang教授說，接下來的步驟是製造一個實驗室規模的設備進行進一步的測試，並繼續提高多孔電極在酸性環境中的穩定性。
“電極在酸中的穩定性一直是一個問題，但我們覺得，與這一領域的其他工作相比，我們找到了一些新的和不同的東西，”Yang說。
“這種類型的研究將對未來可持續能源的氫發電產生相當大的影響。”
研究生Pei-Chieh Shih，Zaid Al-Bardanand和阿貢國家實驗室研究員Cheng-Jun Sun也參與了這項研究。
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