韓國蔚山國立科學技術研究院（UNIST）的研究人員開發了一種新穎的工藝，利用各種類型的生物質（包括木質素）生產氫，作為水氧化作為電子源的有效替代品。
在《ACS催化》雜誌上發表的一篇論文中，研究人員報告說，這種方法可以在酸性pH值下高效地（光）電化學生產氫，法拉第效率接近於1，並帶來了副產品的額外經濟效益。
通過木質素分解產生副產物和放出氫氣的示意圖。來源：UNIST
原則上，可以使用可再生能源產生的電能通過電化學過程生產有價值的化學物質，例如氫氣，合成氣，烴和醇。無論最終產品如何，都必須通過犧牲性化學物質的氧化來提取電子，以還原上述化學物質。傳統上，水被認為是廉價而清潔的電子源。2H 2 O→Ò 2 + 4H + + 4e中-，E ö = 1.23V相對於可逆氫電極（RHE）。
然而，由於源自其四電子轉移過程的動力學緩慢，有效的水氧化或氧釋放反應（OER）仍是一項艱鉅的任務。儘管在OER催化劑的開發許多報告，仍然存在如使用昂貴的元件的限制（例如，鉑，釕，和Ir），高過電位（例如，高於1.5〜1.6 V，相對於RHE在10mA釐米- 2），以及電極和催化劑的低穩定性，尤其是在酸性pH值下。
在這方面，研究人員還探索了替代電子源。…在這項研究中，我們報告說，可以通過以遠遠低於1.23V的偏壓進行的磷鉬酸（PMA）氧化解聚，輕鬆地從各種生物質中提取電子。PMA可以充當電子介體和生物質解聚的催化劑。簡而言之，PMA可以在氧化大量生物質廢物（如木質素和巨大的桔梗，阿拉伯樹膠，稻草和落葉松的切碎顆粒）後在室溫下輕鬆還原。我們特別關注木質素作為電子源，因為儘管選擇性解聚困難，但木質素的利用率低，但實用性卻很低。
—Oh et al.
UNIST系統用鉬（Mo）催化劑分解木質素以產生高附加值的化合物，並且在此過程中提取的電子有效地產生了氫。該新設備旨在將電子從木質素沿著金屬絲移動到發生放氫反應（HER）的電極。
使用這種新系統，由於不需要氧氣反應，因此不需要高能量和貴金屬催化劑，因此與常規水電解相比，我們可以以更少的能量（過電壓）生產氫氣。傳統方法需要超過1.5伏的電壓，但是新系統能夠以更低的電勢（0.95伏）產生氫氣。
—Hyeonmyeong Oh, first author
此外，通過木質素分解產生的香草醛或一氧化碳（CO）對於各種工業過程都是非常有用的物質。
新的生物燃料系統是一種利用廉價的催化劑和低電壓代替昂貴的催化劑（如鉑（Pt））來生產氫氣和有價值的化學品的技術。我們的工作意義重大，因為它提出了一種替代水電解中產生氧氣的反應的新方法。
—Professor Jungki Ryu, corresponding author
資源資源
- Hyeonmyeong Oh, Yuri Choi, Changhwan Shin, et al. (2020)“磷鉬酸作為生物質的氧化平衡的催化劑及其作為替代電子源的應用”，ACS Catalysis doi：10.1021 / acscatal.9b04099
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