研究人员将金属废料转化为氢气催化剂

科学家们找到了一种方法，可以将金属废料转化为高效催化剂，从而从水中制造氢气，这一发现可以使氢气生产更加可持续。

诺丁汉大学化学学院和工程学院的一组研究人员发现，金属加工工业的副产品金属屑的表面具有纳米级的微小台阶和凹槽纹理。这些结构可以锚定铂或钴的原子，从而形成一种有效的电催化剂，可以将水分解成氢和氧。该研究发表在《材料化学杂志A》上。

氢是一种清洁燃料，可用于产生热量或为车辆提供动力，其燃烧的唯一副产品是水蒸气。然而，大多数氢气生产方法依赖于化石燃料原料。水电解是最有前途的绿色制氢途径之一，因为它只需要水和电。

该行业正面临水电解的挑战，因为该过程需要铂等稀有且昂贵的元素来催化水分解。随着全球供应有限和贵金属价格不断上涨，迫切需要替代电催化剂材料来从水中制氢。

该研究小组的领导者、诺丁汉大学化学学院的JesumAlvesFernandes博士表示：“仅英国的工业每年就会产生数百万吨金属废物。通过使用扫描电子显微镜，我们能够检查这些金属废物。”不锈钢、钛​​或镍合金切屑看似光滑的表面。

“令我们惊讶的是，我们发现表面有宽度只有数十纳米的凹槽和脊。我们意识到这种纳米纹理表面可以为制造电催化剂提供独特的机会。”

金属屑上的铂原子催化水制氢。图片来源：诺丁汉大学

研究人员利用磁控溅射在切屑表面产生铂原子“雨”。然后，这些铂原子聚集成纳米颗粒，紧密贴合纳米级凹槽。

诺丁汉大学博士后研究员MadasamyThangamuthu博士负责分析新材料的结构和电催化活性，他说：“值得注意的是，我们仅用十分之一的水就能从水中产生氢气。与最先进的商业催化剂相比，铂的负载量。

“通过将28微克贵金属撒在1平方厘米的切屑上，我们就能够制造出一个实验室规模的电解槽，其运行效率为100%，每分钟仅用一块切屑即可产生0.5升氢气。”

该集团正在与AqSorptionLtd(一家位于诺丁汉的公司，专门从事电解槽设计和制造)合作，以扩大其技术规模。诺丁汉大学化学学院教授安德烈·赫洛比斯托夫(AndreiKhlobystov)表示：“由切屑制成的电催化剂有可能对经济产生巨大影响。我们在诺丁汉开发的独特技术涉及在纳米纹理表面上逐个原子生长铂颗粒，解决了两大挑战。

“首先，它能够使用尽可能少的贵金属生产绿色氢，其次，它可以在一个过程中对航空航天业的金属废料进行升级改造。”

东米德兰兹设立零碳集群，加速绿色产业和先进制造业创新的发展和部署。

诺丁汉大学研究与知识交流PVC教授汤姆·罗登(TomRodden)教授表示：“开发氢推进系统可能是解决世界上一些最紧迫的零碳挑战的重要一步，特别是对于运输和制造业而言。然而，这一战略的成功取决于可持续地生产绿色氢，例如通过电解水分解，而这反过来又需要材料设计的进步。”