减少碳基能源并用低碳或无碳替代品取代它们的斗争一直存在。水分解的过程可能就是解决方案。制氢是一种简单、安全、有效的方法，通过简单的水分解过程可以产生比汽油更多的能量。以这种方式获取能量，而不是严重(或完全)依赖碳基能源，正日益成为标准。研究人员找到了一种在泡沫镍上使用过渡金属硫化物(如锡(Sn)、钴(Co)和铁(Fe))的方法，来开发非贵金属电催化剂，用于经济高效且对环境负责的水分解。
研究人员已在《纳米研究能源》上发表了他们的研究结果。
为了在这项碳减排事业中取得成功，需要稳定该过程中的一些反应。这项研究的明星是FeSnCo0.2SxOy/NF，它可以在低电压分解水的过程中充当阳极和阴极。
这里关注的两个反应是析氧反应(OER)和析氢反应(HER)。OER通过水的化学反应产生O2。HER通过双电子转移反应产生H2。所得H2可用作燃料。使用这两种反应是创建双功能电催化剂的理想选择。电催化剂可以定义为在电极表面起作用的催化剂(或反应引发剂)，电极表面是可以承载电流的表面。
HER已被证明在连续使用55小时内保持稳定，并且还需要比OER更低的过电势。过电势是给定催化剂运行所需能量的差异。
不幸的是，开放教育资源的稳定性并未达到应有的水平。这部分是由于电子转移涉及额外的步骤，但也因为它们所使用的电解质通常很恶劣。虽然OER在连续使用70小时左右时保持稳定，但其活性确实会随着钴含量的增加而降低。
“提高过渡金属硫化物的OER稳定性至关重要，这样它们才能用作可逆氢燃料电池的双功能HER和OER催化剂，”该研究的作者兼研究员Jingqiguan说。
OER还具有比HER更高的超电势。由于诱导催化剂运行需要更多的能量，OER可能会更加“困难”。然而，铁、锡和钴在泡沫镍上的组合在双功能稳定性以及HER和OER活性方面有所改善。
这些金属和形成的异质结构界面的组合可以调整电子在电解质表面的分布。这里的“异质结构”是指根据两种化学物质所处的位置可以具有改变的化学成分的半导体。在这种情况下，它是硫化物/羟基氧化物二重奏。
电子的均匀分布有助于提高整个结构中的电荷转移速率，从而促进电子的转移。由于这种半导体的性质，提高稳定性自然会改善整体活性和功能。
总体而言，这些过渡金属彼此具有协同作用，尤其是在进行HER时。这种效应使它们成为应对研究人员提出的主要挑战的理想候选者：减少碳基能源。
尽管结果非常有希望，但未来总可以采取一些措施来完善流程。找到一种能够最大限度地降低过电势的催化剂可以减少催化反应所需的能量输入。此外，确保开发的电催化剂足够耐用，可以商业使用，并且能够承受长时间的连续使用而不产生任何不良影响，这对于异质结构界面的长期成功至关重要。
标签：
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！