中日学者研发电解水制氢新型催化剂

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中日学者研发电解水制氢新型催化

剂：便宜，能用 8千小时

2019.04.02 10:49来源：科技日报

　　中国科学院大连化学物理研究所韩洪宪研究员和李灿院士团队与

日本理化学研究所合作，研发出一种可在强酸条件下长寿命电催化分

解水的廉价电催化剂，并有望在大规模可再生能源制氢技术中应用。

相关研究成果日前发表在《德国应用化学》上。

　　将太阳能转化为俗称“液态阳光”的“太阳燃料”，是应对未来化石燃

料枯竭和气候变化的重要可再生能源策略。近年来，太阳能等可再生

能源发电逐步成为大规模发电技术。利用光伏发电驱动电解水（PV-

E）制氢，是目前最有希望的大规模利用可再生能源的制氢技术。在众

多电解水技术中，质子交换膜电解水技术受到广泛关注。但是，该技

术在强酸条件下工作，大部分催化剂不稳定。目前，只有贵金属铱

（Ir）能在质子交换电解水酸性环境下稳定工作，这极大地限制了

PEM 电解水技术的大规模应用。因此，开发能够取代贵金属的廉价、

高效、稳定的电解水催化剂，对发展大规模低成本 PEM 电解水制氢技

术尤为关键。

　　据了解，中科院大连化物所研究团队长期致力于光催化、光电催

化和电催化分解水制氢技术研究及催化剂的开发。研究过程中，科研

人员基于前期的探索发现了 γ-MnO2（γ型二氧化锰）在特殊电位窗

口范围内，可实现强酸条件下稳定电催化水分解，并实现了 8000 多

小时的长寿命工作。此外，该合作研究团队还利用原位光谱电化学等

方法，系统研究了这种催化剂在强酸性条件下电催化水分解反应的机

理。

　　相关技术人员表示，非贵金属电催化剂在强酸条件下能够成为长

寿命分解水，为发展廉价、稳定、高效的分解水制氢催化剂开启了新

的思路，也为清洁能源的开发和利用起到促进作用。

近日中国科学技术大学吴宇恩教授课题组成功制备了钌单原子合金催化剂，

稳定性提高了近 10 倍。

“ ”终极能源氢能市场化的关键一环是氢气高效廉价的制取。其中，电解水是

最被看好的制备方式之一。然而，电解水过程中必需的高效廉价的氧气析出

催化剂是当前面临的最困难挑战之一。氧析出常用的商用催化剂是二氧化铱，

但价格高昂；另一个可作为催化关键元素的是二氧化钌，价格只有二氧化铱

的十分之一不到，资源储量也更丰富，但稳定性不够。

此次钌单原子合金催化剂的技术突破，将有效解决了高效廉价电解水制氢世

界性难题。

绿氢是指利用可再生能源来制取氢能，以满足未来全球的能源需

求，其发展前景十分广阔。就目前来说，比较清洁、可持续的方式

是利用电催化分解水制氢。但是，在反应过程中，催化剂的结构往

往会发生变化，从而影响其反应性能。

近日，一组科学家通过研究催化剂结构的改变对电解水制氢产生

的影响，找到了一种能显著提高电解水制氢性能的催化剂。

在实验过程中，研究人员发现，与初始的钙钛矿结构相比，重构

为蜂巢状的铱催化剂（IrOxHy），能显著提高制氢的能量效率—约

为初始结构的150 倍。此外，这种重构后的催化剂能将制氢的成本，

从每千克 12 元人民币降低至每千克 6元人民币左右。

研究人员表示，这项研究对设计催化剂的结构来调控反应性能提

供了新的思路。

该研究论文题为“Lattice site–dependent metal leaching in

perovskites toward a honeycomb-like water oxidation

catalyst”，已发表在 Science Advance 上。

前瞻经济学人 APP 资讯组

论文原文：https://www.science.org/doi/10.1126/

sciadv.abk1788

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中日学者研发电解水制氢新型催化剂：便宜，能用8千小时2019.04.0210:49 来源：科技日报　　　　中国科学院大连化学物理研究所韩洪宪研究员和李灿院士团队与日本理化学研究所合作，研发出一种可在强酸条件下长寿命电催化分解水的廉价电催化剂，并有望在大规模可再生能源制氢技术中应用。相关研究成果日前发表在《德国应用化学》上。　　将太阳能转化为俗称“液态阳光”的“太阳燃料”，是应对未来化石燃料枯竭和气候变化的重要可再生能源策略。近年来，太阳能等可再生能源发电逐步成为大规模发电技术。利用光伏发电驱动电解水（PV-E）制氢，是目前最有希望的大规模利用可再生能源的制氢技术。在众多电解水技术中，质子交换膜...

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