研究人员开发了一种新型耐用催化剂，无需依赖昂贵的铂金属即可生产清洁氢气。这一突破有望使可再生氢燃料成本更低、效率更高，并更易于在实际能源应用中实现规模化。
圣路易斯华盛顿大学的研究人员正在致力于一种可能的解决方案。由McKelvey工程学院能源、环境与化学工程教授吴刚领导的团队开发了一种新型催化剂，专为阴离子交换膜水电解槽（AEMWE）设计。该技术利用来自可再生资源的电力将水分解为氢气和氧气，从而生产清洁的氢燃料。
新型无铂氢催化剂
吴刚的团队致力于替换制氢系统中常用的昂贵铂基材料。他们的方法利用太阳能、风能或水能产生的可再生电力，驱动将氢从水分子中分离出来的过程。
“从水到氢是我们能够为不同应用储存能量的一种非常理想的方式，”吴刚说。“氢气本身可以作为一种能量载体，对不同的化学工业和制造业都很有用。”
为了构建该催化剂，研究人员结合了磷化铼（Re2P）和磷化钼。这两种材料共同形成了一种高效的复合材料，改善了析氢过程。铼组分有助于氢气附着在催化剂表面并从表面释放，而钼则加速了碱性电解液中水的分解。
面向清洁能源的耐用性能
该团队将新型催化剂与镍铁阳极配对，发现该系统的性能优于目前领先的尖端阴极，包括基于铂族金属（PGM）材料的阴极。据吴刚介绍，该催化剂在每平方厘米1安培和2安培的行业级电流密度下运行了超过1000小时。这使其成为迄今为止为阴离子交换膜水电解槽开发的最耐用的无铂阴极之一。
“我们的发现使我们能够合理解释在设计高效、低成本AEMWE时，构建催化剂/电解质界面处氢键网络的关键作用，”吴刚说。“我们的催化剂在研究的电位范围内表现出最低的电阻，这表明在所研究的催化剂中，其氢吸附动力学最快。这一新实现的性能和耐用性指标使我们的催化剂成为实用阴离子交换膜水电解槽最有前途的膜电极组件之一。”
大规模制氢的潜力
尽管实验是在实验室规模下进行的，但研究人员计划继续研究该技术是否可以扩展用于工业用途。
这项工作由圣路易斯华盛顿大学吴刚的启动资金资助。