原子控制的MXenes实现了经济高效的绿色氢气生产

全球共有137个国家签署了“净零”气候变化协议，以结束化石燃料的使用，到2050年实现零碳排放。氢被吹捧为下一个绿色能源，因为当用作能源时，它只会排放水和氧气

根据能源和碳排放的不同，制氢方法分为灰氢、蓝氢和绿氢。其中，绿色制氢方法是最环保的方法，通过使用绿色能源电解水来生产氢气而不排放碳。

韩国科学技术研究院（KIST）未来移动性和材料架构研究中心电磁干扰解决方案融合研究中心的Albert Sung-Soo Lee博士领导的一个研究小组与成均馆大学Chong Min Koo教授的小组合作，开发了一种氧化稳定的钼基MXene作为阴离子交换膜水电解器中的电催化剂载体

该研究发表在《应用催化B：环境与能源》杂志上。

由于它对氧化高压条件稳定，如果用作电解催化剂的载体，它可以用作绿色氢气生产的析氧反应电极材料，以降低绿色氢气生产成本

水分解为氢和氧分子需要大量的能量。为了减少这种初始反应能量，使用了催化剂，由微小的纳米级颗粒组成的催化剂尺寸越小，表面积就越大，从而使反应发生

然而，随着时间的推移，小催化剂颗粒会结块，减少表面积，降低氢气生产效率。为了防止这种情况，催化剂和载体一起使用，碳主要用于阴极，在那里产生氢气，但当碳用于阳极的氧化反应时，它会被氧化成二氧化碳。因此，需要具有高抗氧化性的载体

MXene是一种可用作支撑的材料。MXenes是由金属原子（Ti、Mo、Hf、Ta等）和碳或氮原子组成的纳米材料，具有导电性能，并具有适用于催化剂载体的二维纳米结构，使其有利于氢气生产

钛基MXenes因其高导电性而受到最广泛的研究。然而，钛在水中容易被氧化，其原子性质导致了催化剂不能保持高电导率的固有缺点。为了克服这一点，该团队设计了一种新的阳极催化剂，该催化剂使用碳化钼基MXene作为载体

带有钼MXene催化剂的电极转移到电解装置上。阴极元件是氢气生产装置的关键部件之一，正在被固定。图片来源：韩国科学技术研究院（左起）高级研究科学家Albert Sung-Soo Lee博士、博士后研究员Gwan Hyun Choi和（坐着）KIST学生研究员Young Sang Park。图片来源：韩国科学技术院

当使用钼基MXene作为载体时，MXene表面的钼原子与活性材料钴之间会形成牢固的化学键

由此产生的化学键使氢气生产效率提高了约2.45倍。特别是，与最近持续不到40小时的钛基MXene的结果相比，单元电池的耐用性提高了10倍以上

这有望降低绿色氢气生产的成本，未来将应用于大型氢气生产厂和大型绿色氢气发电站

KIST的Albert Sung-Soo Lee博士说：“通过控制构成MXene的元素，我们能够找到适合绿色氢气生产环境的候选者，并通过这一点，我们在氧化环境中获得了稳定的MXene支持。”

“未来，我们将通过开发具有催化效率和耐用性的制氧电极催化剂，为振兴氢基经济做出贡献。”