斯坦福大学的化学工程师新近发明了一种可以加速电解反应制取氢气的新型催化剂,可以快速高效的利用电能制造大量高纯氢气。 纯氢在现代工业中用途广泛,通常使用天然气制取,是一种主要的化学商品。全球每年氢气需求量近亿吨,在石油炼制和化肥生产等工业过程中都是不可或缺的重要原

斯坦福大学的化学工程师新近发明了一种可以加速电解反应制取氢气的新型催化剂,可以快速高效的利用电能制造大量高纯氢气。
纯氢在现代工业中用途广泛,通常使用天然气制取,是一种主要的化学商品。全球每年氢气需求量近亿吨,在石油炼制和化肥生产等工业过程中都是不可或缺的重要原料。
化学工程教授Thomas Jaramillo和助理研究员Jakob Kibsgaard一直在尝试通过电解水制作氢气的方式来储存太阳能。但是要想达到产业化的水平他们必须要找到一个更具成本效益的制取过程。
课堂上的电解实验很简单,将两个金属电极插入水中,电流通过电极时会打破水分子的结构分别产生氢气和氧气气泡,但是这种层面的电解反应终归只能作为展示科学技术的表演。
铂是用于电解水产生氢的最佳催化剂。但是要实现大规模的商业应用,必须要找到更便宜更合适的电极。Jaramillo说:我们正在设计一种不用贵金属仍能高效制作纯氢的方式。
在德国的科学杂志《应用化学》上,Jaramillo和Kibsgaard公布了一种便宜、耐用、高效可替代铂的催化剂。同时他们也发现他们的这一成果的作用远不止制取氢气供给市场这么简单。
现在市面上还没有大规模的具有良好性价比的方案来存储太阳能。斯坦福大学的研究人员认为,高效电解可以通过把大量的水制成电池来储存太阳能,白天,通过太阳能获得的多余电力可以用于水分解来制备氢气和氧气,重组这些气体再产生电力供夜间使用。
铂金在电解过程中是完美的,但价格昂贵。好在去年斯坦福大学的工程师们发现了一种硫化钼,广泛应用于石油化工加工的一种催化剂,具有某些指定特性并被认定可以成为铂的廉价替代品。
Jaramillo解释说,石化领域也有与电解类似的工艺。因为石化矿物(如焦油砂等)中大分子所点比重较大,精练厂需要使用催化剂打破大分子的结构。同样,电解需要拆分水分子。斯坦福大学的工程师设法改善自己的发现,他们发现了一个奇妙的现象。石油加工往往涉及复杂脱硫工艺,以减少酸雨。在此过程中,某些硫原子会渗入到石油加工催化剂,这些硫反而会增加这些催化剂的活性。
这给了斯坦福大学的工程师们一个启示:如果把硫原子融入到一个现有的工作很好的催化剂中,它会不会成为一个更好的生产纯氢的电极呢?
他们最终将硫原子添加到磷化钼中,磷化钼是常用于加速电解反应的一种催化剂。他们创造了一种新的催化剂——磷硫化钼(?molybdenum phosphosulfide),它比用磷化钼作为催化剂制取氢气更加高效。
新的含硫催化剂非常耐用,它可以在整个工业生产过程中常年工作仍保持性能,就像昂贵的铂一样坚实可靠。
Jaramillo和Kibsgaard开发的磷硫化钼(?molybdenum phosphosulfide)催化剂是一大进步,作为电解电极使用时,无论在效率还是稳定性上它很接近于铂。
目前Jaramillo和他的团队仍在努力改进这种新的催化剂,例如他们尝试分析这种材料在纳米级别的催化反应效率。他们还尝试构建基于这一材料作为未来能源存储平台的系统原型。
Jaramillo指出,他们的研究成果和论文是有着积极的环保意义的,但是却是从石化行来得来的灵感!“发现这种不同科技领域之间的微妙联系,非常令人兴奋,”他说,“感觉像在触碰着科学的神经!”
作者: 来源:绿色未来
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