研究人员开发了一种经济有效的水分解催化剂，用于环保氢气生产。催化剂的性能令人惊讶地随着时间的推移而提高。
氢气在CO2中立能源生产方面是一个备受争议的选择。将水分解为其成分氧和可储存的氢的电解槽单元由可再生资源供电，主要是通过风能和太阳能产生。然而，催化剂是促进这一过程所必需的。迄今为止，贵金属氧化物如二氧化钌和二氧化铱被用作基准催化剂。然而，这些金属昂贵，稀有，并且在酸性和碱性环境中都不稳定。
来自美因茨约翰内斯·古腾堡大学（JGU）的初级组长段丹丹博士及其团队成功设计出一种使用钴和钨的替代催化剂，这些元素在低成本下易于获得。“我们催化剂独特之处在于，它实际上随着时间的推移而增强性能，而传统催化剂要么以一致的速度保持其性能，要么由于耐用性不足而降低一些性能，”段丹丹博士表示。“经过优化过程后，活性甚至高于基准催化剂。”段博士及其团队的研究结果最近发表在国际版的期刊《应用化学》（Angewandte Chemie）上。
自优化过程的原因是什么？
研究人员进行了实验和理论研究，以寻找解释其催化剂的非凡自优化现象的依据。他们能够确定，在水分解的过程中，催化钴-钨氧化物的化学性质发生了变化。尽管钴最初大部分以Co2+的形式存在，但它逐渐转化为Co3+。同时，原始钨W5+离子与W6+离子的比例向后者倾斜。“在水分解过程中有两个反应。产生氢气的氢气析出反应（HER），以及产生氧气的氧气析出反应（OER）。OER是整个反应的瓶颈，”段博士解释道。“这就是为什么我们如此致力于开发能够促进OER半反应的催化剂。”
尽管OER最初是由钨活性位点诱导的，但随着时间的推移，这一过程转移到钴活性位点。此外，催化剂的电化学活性表面积也随着时间的推移而增加。研究团队还观察到表面亲水性的变化。其对水的亲和力逐渐增加，这在电化学水分解的上下文中尤为有利。“一般而言，我们记录到明显降低的过电位和增加的电流密度，同时OER动力学显著提高，”段博士总结道。这一切对未来的氢气生产都是积极的消息。
