【再生能源可能方案】以 MNF 作為催化劑,科學家提升水分子的氫、氧分離效率

維吉尼亞理工學院研究高效水分子氫氧分離技術。圖片來源:Virginia Tech Daily

全球暖化威脅加劇,人類積極研發替代能源,除了太陽能與風能之外,氫能源也是可行的乾淨能源。為了提升氫氣生產的效率,科學家積極研究水分子的氫、氧原子分離技術。近期,維吉尼亞理工學院(Virginia Tech)研究團隊使用混合氫氧化鎳鐵(mixed nickel iron hydroxide,MNF)作為催化劑,提升反應效率,有望作為氫氣生產的方案。

研究團隊將論文發表於《Nature Catalysis》期刊。

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研究團隊使用 MNF 作為催化劑

水是很穩定的化合物,要將分子內的氫氧原子分離相當困難,需要很高的能量;但是高能量會降低催化劑的穩定度,讓反應難以持續。研究團隊使用 MNF 作為催化劑。雖然 MNF 成功降低活化能,提升原子的分離效率,但 MNF 的活性大,性能衰退快,也有化學反應難以持續的問題。

研究團隊找到讓 MNF 回到初始狀態的方式,讓分離反應能持續進行。在電解液中,MNF 會分解出鐵離子,降低催化的能力。但研究團隊發現,當電池從高催化電位降為低還原電位時,鐵離子就會重新組合,回到初始狀態的 MNF;而該反應發生的原因,在於催化劑與電解液介面的 pH 梯度逆轉。

研究團隊使用 X 光觀測,了解離子分離與重組的狀況

論文第一作者 Chunguang Kuai 表示,科學界很久以前就知道,MNF 能作為分解水分子的催化劑,但電解液的特性讓 MNF 很不穩定。而副教授 Feng Lin 表示,實驗結果讓人興奮的地方在於,我們不僅將鐵離子還原到 MNF 上面,還讓 MNF 回到適合催化反應的狀態。

研究團隊將 MNF 做成薄片狀,也有助於化學反應。

為了證實,研究團隊還用 X 光觀測。Kuai 表示,透過 X 光觀測金屬離子分解與重組的狀況,讓我們得以觀察整個化學反應的狀況。Lin 認為,透過 X 光成像,有助於電化學反應的研究。

目前 MNF 催化製氫還在實驗室階段,尚未商業化。目前人類已經有蒸氣重組(steam reforming)、電解法(electrolysis)、熱解法(thermolysis)等製氫技術,但成本高昂;若 MNF 催化能低成本大量製氫,有機會成為綠能的方案之一。

資料來源

Nature Catalysis》、《Virginia Tech Daily》、《PhysOrg

(本文提供合作夥伴轉載;首圖來源:Virginia Tech Daily

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