用普通镍制造氢能

为了解决能源危机和环境问题，世界各地正在开展研究以摆脱化石燃料并转化为环保和可持续的氢能。最近，POSTECH 的一组研究人员提出了一种通过水电解有效生产氢燃料的方法，该方法使用廉价且易于获得的镍作为电催化剂，为氢经济时代开绿灯。

由 Jong Kyu Kim 教授和博士领导的 POSTECH 研究团队。材料科学与工程系的候选人 Jaerim Kim 和由 Jeong Woo Han 教授和博士领导的团队。化学工程系的候选人 Hyeonjung Jung 联合开发了一种掺杂有亲氧过渡金属原子的高效镍基催化剂体系，并确定了碱性介质中催化吸附性能与析氢反应 (HER) 动力学之间的相关性。这些研究成果因其重要性而得到认可，并被刊登为《美国化学学会杂志》的封面论文。

燃料电池是一种环保型发电装置，它利用氧气 (O2) 和氢气 (H2) 生成水 (H2 ) 的化学反应来发电○)。在此过程中，水电解还原作为逆反应发生，它使水离解生成氢燃料。众所周知，这是大量生产高纯度氢燃料的最环保和可持续的方式。然而，它具有成本高且效率低的缺点，因为它需要使用贵金属作为电极。为了降低水电解制氢燃料的单位成本，开发高活性、稳定且廉价的电化学催化剂，能够最大限度地提高制氢性能是至关重要的。

为此，联合研究团队设计了一种高效催化剂，将富含地球的镍与一系列亲氧过渡金属元素相结合，以优化碱性 HER 的吸附能力。该团队进一步证明，掺入亲氧掺杂剂可以有效控制镍基催化剂表面的吸附性能。

为了进一步提高镍基催化剂的 HER 活性，研究人员引入了一种独特的 3 维 (3D) 纳米螺旋 (NH) 阵列，该阵列易于通过斜角共沉积方法制造，具有丰富的表面活性位点、有效的途径用于电荷转移，并为质量传输打开通道。他们成功地制造了高活性和稳定的掺Cr Ni NHs 催化剂，与传统的镍基薄膜催化剂相比，该催化剂具有优异的制氢效率，过电压降低了四倍以上。

“这项研究意义重大，因为它为可持续氢能转换系统的高性能和商业化提供了学术基础，”该论文的通讯作者 Jong Kyu Kim 教授解释说。“高效双金属电催化剂的设计策略和实验方法的核心概念不仅可以应用于水电解槽，还可以应用于燃料电池、二氧化碳还原和光电化学系统。预计确保这项原始技术将有环境能源领域的重大连锁反应和技术扩展。”

该论文的共同通讯作者 Jeong Woo Han 教授补充说：“计算化学通过快速找到可以控制催化剂吸附强度的双金属，从而能够仅使用非贵重材料制造双金属电催化剂，从而极大地加速了水电解反应。”