氫燃料電池汽車擁有的高效、節(jié)能、環(huán)保等先進(jìn)性能，使其越來(lái)越受到人們的強(qiáng)烈關(guān)注。氫能源作為一類高能量密度的可再生清潔能源，在解決能源與環(huán)境問(wèn)題領(lǐng)域具有巨大優(yōu)勢(shì)。而用電解水方法制備氫氣時(shí)，以往多使用成本高昂、儲(chǔ)量稀少的貴金屬催化劑。日前，南京工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)出了一種新型的非貴金屬催化劑，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氧化銥催化劑。這一最新研究成果在Nature Communications上發(fā)表。

南京工業(yè)大學(xué)邵宗平教授和周嵬教授團(tuán)隊(duì)多年來(lái)一直致力于研究鈣鈦礦材料在能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)中的應(yīng)用。鈣鈦礦可謂是科研界的“明星”材料，其結(jié)構(gòu)靈活可調(diào)、組成元素種類眾多且來(lái)源豐富，在包括電解水等眾多的能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)領(lǐng)域，有著極大的應(yīng)用前景。該團(tuán)隊(duì)繼去年在Science子刊(ScienceAdvances)發(fā)表鈣鈦礦基電解水催化劑的重大突破后，今年，他們首次將反鈣鈦礦材料成功應(yīng)用到電解水領(lǐng)域，并取得可喜的成果。

“這種反鈣鈦礦基的新型非貴金屬催化劑不僅催化活性高，穩(wěn)定性好，降低了能耗，而且與儲(chǔ)量匱乏、成本高昂(600元/克)的氧化銥相比，價(jià)格僅為氧化銥的千分之一，可謂是物美價(jià)廉。”據(jù)研究團(tuán)隊(duì)周嵬教授介紹，反鈣鈦礦結(jié)合了鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的靈活性和過(guò)渡金屬氮(碳)化物高導(dǎo)電性、優(yōu)異電催化性等優(yōu)點(diǎn)，理論上來(lái)說(shuō)是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ奈鲅醴磻?yīng)電催化劑。

然而，和鈣鈦礦材料有著類似的瓶頸，就是反鈣鈦成相溫度高達(dá)幾百甚至上千攝氏度，導(dǎo)致材料燒結(jié)嚴(yán)重，比表面積低下，活性位點(diǎn)暴露極少。有鑒于此，該研究團(tuán)隊(duì)反復(fù)研究，最終開(kāi)發(fā)出了一種多孔的、具有核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合催化劑。

這種復(fù)合催化劑不僅制備更容易，同時(shí)也展現(xiàn)了良好的穩(wěn)定性，不易溶解。此項(xiàng)工作不僅給科研界的基礎(chǔ)研究提供了一種全新的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)，開(kāi)發(fā)出來(lái)的新型非貴金屬催化劑兼具極高的催化活性與穩(wěn)定性，價(jià)格非常低廉，在實(shí)際應(yīng)用中顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。

據(jù)論文第一作者朱艷萍介紹，電解水制氫的時(shí)候，陰極和陽(yáng)極都會(huì)發(fā)生反應(yīng)，陰極產(chǎn)氫氣，陽(yáng)極產(chǎn)氧氣。陽(yáng)極的反應(yīng)很慢，會(huì)限制整體的催化效率，“所以我們開(kāi)發(fā)的這種陽(yáng)極的非貴金屬催化劑，使得產(chǎn)氧氣的速度變快了，這樣，產(chǎn)氫氣就不會(huì)被拖后腿，制備氫氣的整體效率也大大提高了。”