記者從浙江大(da)學(xue)獲悉，該校化(hua)學(xue)工程(cheng)與(yu)生物(wu)工程(cheng)學(xue)院侯陽研究員，通過將(jiang)高度(du)分散的鎳(nie)單原子錨定在氮—硫摻雜的多孔納米碳基底，設計開發出了(le)一種單原子OER催化(hua)劑，能使電/光(guang)電催化(hua)水裂解析氧反應更加高效(xiao),從而提(ti)升(sheng)氫氣制(zhi)(zhi)備(bei)的效(xiao)率。這種新型催化(hua)劑可降(jiang)低80%的制(zhi)(zhi)氫成本，并大(da)幅(fu)提(ti)升(sheng)OER反應的穩定性。該成果已被知名學(xue)術期(qi)刊《自(zi)然(ran)通訊》在線報道。

通過水裂解(jie)產生氧氣(qi)，進而形(xing)成(cheng)氫(qing)氣(qi)，是最常(chang)見的氫(qing)氣(qi)制備方法，其(qi)產生的電/光電催化析氧反(fan)應(OER)，會(hui)限制整體的能量轉換效率(lv)。此前有科研人員(yuan)研究出了金屬銥作為催化劑來提升(sheng)反(fan)應效率(lv)，但(dan)其(qi)價格十分昂貴(gui)。因此，研制出既保證催化效果又價格低廉的替代品(pin)，成(cheng)了學界面臨的難題(ti)。

侯陽(yang)課(ke)題(ti)組通過仿生學方(fang)法，從(cong)材(cai)料的(de)原子結構開始剖(pou)析。他們(men)發現(xian)葉綠體中存在一(yi)種金屬——氮配位(wei)卟啉(lin)結構，可(ke)收(shou)集太陽(yang)能，利(li)用(yong)光合作用(yong)氧(yang)化反應分解水，并釋(shi)放出氧(yang)氣。侯陽(yang)介紹，他們(men)還通過分析發現(xian)了鎳—氮配位(wei)摻雜(za)的(de)碳材(cai)料。

“在這一特殊結構中(zhong)，四個氮原(yuan)子(zi)‘拉著’金屬鎳原(yuan)子(zi)，吸引氫氧根離子(zi)吸附(fu)，降低(di)了各種中(zhong)間環節的(de)轉換(huan)(huan)難度，進而加速氧氣析出(chu)。”侯陽稱，課題組創(chuang)新性(xing)地用一個硫單原(yuan)子(zi)替(ti)換(huan)(huan)了一個氮原(yuan)子(zi)，進一步(bu)優化材料(liao)(liao)表(biao)面的(de)電(dian)荷分布，同(tong)時(shi)采用特殊工藝(yi)，將鎳—氮材料(liao)(liao)“錨定”在碳(tan)基(ji)底上，規避了材料(liao)(liao)的(de)不穩定性(xing)，最終(zhong)使這種新型催化劑電(dian)極在堿(jian)性(xing)條件(jian)下表(biao)現出(chu)優異的(de)電(dian)催化水裂解析氧活性(xing)和穩定性(xing)。

“OER析氧反應是(shi)水裂解器(qi)件(jian)和金屬—空氣電(dian)池的核(he)心過程”。侯陽表示，這項(xiang)成果或(huo)將助力新一代氫能汽車(che)大規模降(jiang)低(di)燃料成本。

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