中央大学研究人员开发出一种用于绿色制氢的低成本催化剂

电解是一种利用电力从水中产生氢和氧分子的过程。使用质子交换膜(PEM)和可再生能源进行水电解被广泛认为是一种可持续的制氢方法。然而，推进质子交换膜水电解技术的一个挑战是，在质子交换膜水电解过程中，酸性溶液中缺乏高效、低成本和稳定的析氧反应(OER)催化剂。虽然铱基催化剂是一种潜在的解决方案，但金属铱本质上是稀有且昂贵的。或者，钌氧化物 (RuO 2 ) 提供了一种更实惠且更具反应性的选择，但它们也存在稳定性问题。因此，研究人员正在探索提高RuO 2结构稳定性的方法，以开发有前景的OER催化剂，以成功实施制氢技术。

现在，在一项于2023 年 9 月 22 日在线发布、将于 2024 年 1 月发表在《能源化学杂志》第 88 卷上的最新研究中 ，由来自韩国国立大学先进材料工程系的Haeseong Jang教授领导的一组研究人员Ang大学开发了一种有前途的OER催化剂。表示为SA Zn-RuO 2，​​该催化剂包含由单锌原子稳定的RuO 2 。 Jang 教授在详细阐述他们的研究时表示：“我们的动机是需要为 PEM 水电解中的 OER 寻找高效且具有成本效益的替代电催化剂。根据我们的研究，我们提出了一种双工程策略，涉及单原子 Zn掺杂和引入氧空位，以平衡酸性 OER 过程中的高催化活性和稳定性。”

研究人员通过加热含有钌 (Ru) 和锌原子的有机骨架，形成具有氧空位(缺少积极改变性能的氧原子)和 Zn-O-Ru 连接的结构，合成了 SA Zn-RuO 2 。这些连接以两种方式稳定催化剂：一是通过加强 Ru-O 键，二是通过从锌原子提供电子来保护钌在 OER 过程中免受过度氧化。此外，钌原子周围电子环境的改善降低了分子粘附到表面所需的能量，从而降低了反应的能垒。

所得催化剂更加稳定，反应活性没有明显下降，并且显着优于商业RuO 2。此外，它需要更少的额外能量(与商用 RuO 2的 270 mV 相比，过电势低至 213 mV )并且保持功能的时间更长(43 小时，而商用 RuO 2为 7.4 小时)。

由于其改进的稳定性和特性，新提出的SA Zn-RuO 2催化剂有可能影响用于OER的经济高效、活性和耐酸性电催化剂的开发。反过来，这可能有助于降低成本并提高绿色氢的生产，有助于转向更清洁的能源和可持续技术的进步。

总之，用于酸性OER的高活性和催化稳定的RuO 2催化剂具有更高的耐用性和良好的特性，并且在指导实际应用中稳健和活性的非铱基OER电催化剂的设计方面具有巨大的潜力!