氢是未来最有前途的燃料之一。无论是风能还是太阳能,电解水是生产氢气而不排放二氧化碳的最佳方法。产氢催化剂(通常是铂)的性质和性能对电催化系统的效率和成本至关重要。
在《《应用化学》, Jingguang G. Chen和美国特拉华大学的一个研究小组现在介绍了一种节省铂而又不损失效率的新方法:他们在廉价的碳化钨支架上沉积一层铂原子。
只有在阴极(电池的负极)上装有高效催化剂的情况下,电解水产生氢才能有效工作。铂因其高活性而成为首选材料,但遗憾的是它非常昂贵,目前每克价格约为52美元。“高价格和有限的可用性是电解氢量产的最大障碍,”陈说。
目前试图通过在支架上沉积铂颗粒来节省铂,但效率还不够。欧洲杯猜球平台铂原子常常在多孔支撑体中沉降得太远,因而被屏蔽而不受反应的影响。Chen说:“我们的目标是在一个便宜的平面载体上沉积一层铂原子,这样所有的铂原子都能参与反应。”
这种方法的问题是,如果这样的金属原子单层沉积在支架上,原子会与衬底相互作用。原子的电子结构可以改变,因为层中单个原子之间的距离可能不同于纯金属中的原子。此外,铂和载体原子之间的键合可能会导致不期望的效果。这会极大地破坏催化性能。
陈和他的团队选择碳化钨作为载体。这种廉价的材料具有与铂非常相似的性质。他们在钨基板上沉积碳化钨薄膜,并通过气相沉积添加铂原子。这些原子单铂层在碳化钨上的化学性质和电子性质与一块纯铂层没有显著差异。负载铂单层的催化效率也相应较强。
“碳化钨是铂的理想衬底,”陈说。“使用少量铂是有可能的,这可以降低成本——不仅可以用于水电解法,还可以用于其他铂催化工艺。”