摇晃的果冻制造强大的新型氢燃料催化剂

由加州大学伯克利分校的研究人员开发的廉价有效的新催化剂可以像水一样有效地从水中生成氢燃料，而目前这是最好的-但也是最昂贵的-水分解催化剂。

该催化剂由纳米薄的金属碳化物片组成，采用自组装工艺制造，该工艺依赖于一种令人惊讶的成分：明胶，这种材料使果冻晃动。

加州大学伯克利分校的机械工程教授，高级作者林立伟说："白金价格昂贵，因此最好找到替代它的其他替代材料。""我们实际上正在使用与果冻相似的东西作为基础，并将其与一些丰富的土壤元素混合，为重要的催化反应创造廉价的新材料。"

该研究于2018年10月在线发表于12月13日的最终出版物之前的新材料期刊上。

大量的电力可以破坏将水分子结合在一起的强大的纽带，产生氧气和氢气，后者是为氢燃料电池供电的极其宝贵的能源。氢气还可用于帮助储存来自可再生但间歇性能源的能量，如太阳能和风能，当太阳照射或风吹时产生多余电力，但在雨天或平静日休眠。

但是简单地将电极粘在一杯水中是产生氢气的极其低效的方法。在过去的20年里，科学家一直在寻找可以加速这种反应的催化剂，使其适用于大规模使用。

"使用水煤气生产氢气的传统方式仍然在工业中占主导地位。然而，这种方法产生二氧化碳作为副产品，"第一作者西宁臧说，他是加州大学伯克利分校机械工程专业的研究生。"随着全球对降低排放的需求，电催化制氢在过去十年中不断增长。开发一种高效低成本的电解水解催化剂将带来深刻的技术，经济和社会效益。"

为了制造催化剂，研究人员遵循的配方几乎就像从盒子中制作果冻一样简单。他们将明胶和金属离子（钼，钨或钴)与水混合，然后让混合物干燥。

"我们相信，随着明胶的干燥，它会逐层自我组装，"林说。"金属离子是由明胶携带的，所以当明胶自行装配时，你的金属离子也被排列在这些平面层中，而这些平板就是果冻特有的镜面状表面。"

将混合物加热至600摄氏度会触发金属离子与明胶中的碳原子反应，形成大的纳米薄的金属碳化物片。未反应的明胶烧掉了。

研究人员通过将催化剂置于水中并通过它们输送电流来测试催化剂的效率。当彼此堆叠时，碳化钼最有效地分裂水，接着是碳化钨，然后是碳化钴，其不形成薄层以及另外两个。将钼离子与少量钴混合可以进一步提高性能。

"有可能其他形式的碳化物可以提供更好的性能，"林说。

催化剂的二维形状是其如此成功的原因之一。这是因为水必须与催化剂表面接触以完成其工作，并且片材的大表面积意味着金属碳化物对其重量非常有效。

研究人员表示，由于配方非常简单，因此可以很容易地按比例放大产生大量催化剂。

"我们发现其性能非常接近铂和碳制成的最佳催化剂，这是该领域的黄金标准，"林说。"这意味着我们可以用我们的材料替换非常昂贵的铂金，这种材料是在一个非常可扩展的制造过程中制造的。"

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