小说从水中清洁制氢的催化剂

AZoM跟李Ailong博士后研究员理关于他的研究,开发了一种绿色催化剂氢能源的生产。这将彻底改变的努力留下化石燃料生产清洁能源。

请,你能介绍你自己和你开始研究氢生产?

我的名字是李Ailong日本博士后研究员。我在中国长大,一直在日本工作了5年。我第一次开始使用氧化钛(TiO人工光合作用₂)作为阳光吸收器。对我来说,这听起来引人注目的模拟植物的光合作用将水转化为质子和氧气和二氧化碳转换成燃料使用唯一的阳光。

然而,TiO的缺乏效率₂仅从环境中吸收紫外线,促使我考虑更有效的方式将波动可再生能源转化为人工燃料。然后我选择了电解生产可再生氢来自可再生电力也不仅来自太阳能,水能,风能,热液等权力。用可再生氢,我们可以做很多可持续化学合成和转化,如氨和碳氢化合物。

气候危机推动研究创新,建立清洁能源替代方案有多重要?

我们应该使它成为一个首要任务。我们几个世纪以来一直依赖于化石燃料,将这样做了几十年。但是,我们不能永远依赖它,因为它是不能再生的。任何清洁和可持续技术减少排放和浪费是受欢迎的。绿色可再生能源制氢是一个可持续的未来最重要的技术之一。

你能简要的描述水电解过程产生氢吗?

电解水是最发达和成熟的技术从水中提取氢气。电力作为能源电解水。为了增加效率从发电到氢、催化剂被用于这一过程。我们通常指的是催化剂在水中electrocatalysts电解。

制氢仍经常依赖于化石燃料的使用。这是为什么,这是阻碍运动朝着零吗?

在世界范围内,可再生氢目前仍高于从化石燃料。更好的情况正在改变,许多国家,特别是北欧,具有丰富的可再生电力。在这种情况下,绿色的氢是变得比化石燃料更便宜。这可以促进绿色氢渗透到更多的工业部门。可再生能源电力的发展应该是一个首要任务,以及更高效的电解技术的发展。

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为什么电解水的绿色催化剂的使用是有限的?

TW-scale聚合物电解质膜(PEM)电解槽需要520吨铱,相当于50 - 60年的铱生产,不包括其他行业使用的竞争。然而,铱是地壳中最稀有的元素。每年产量只有7吨,供应是不灵活的,因为它是铂金的副产品。因此,有必要开发铱回收技术,减少铱的用量,以及开发non-precious催化剂。

你对哪些材料亚博网站下载用在先前研究规避限制催化剂?

我们第一次使用γ-MnO₂在我们的研究中。在2019年,我们发现了一个稳定的潜在γ-MnO窗口₂OER可以催化效率的同时抑制失活途径。当时,non-precious金属催化剂在文献中很难被维护活动一个多星期的电流密度马10厘米²,而锰氧化物能够稳定电解水几个月在其稳定的潜在的窗口。

进一步提高其功率密度和减少碳足迹,我们需要一个更积极的材料。在最近的一份报告中,我们准备了新的催化剂(有限公司₂MnO₄混合钴),具有良好的活动,与锰、出色的稳定性,通过热分解方法。获得的材料显示了较高的活性和稳定性,催化剂能够电解水连续1500小时200厘米²。γ-MnO相比₂,它可以稳定运行在电流密度高20倍。

中的催化剂最新研究的表现如何相比以前的模型?

这是第一个地球上充足的催化剂达到2厘米²在2 V的电压。我们的电极有较低的超电势与以前地球上充足的电极相比,无论其活动的规范化和几何区域,电化学表面积或装载量的催化剂。

electrocatalyst,较低的超电势实现意味着氢电转换效率更高。氢气的总量在其有效时间也约一个数量级高于以往。

的含义是什么使用non-rare-earth金属对制氢的商业升级吗?

Non-rare-earth金属更可取的扩大和减少成本的可再生氢。大量的供应是另一个好处,在地壳中锰是10⁶倍比铱丰富。铱的价格在过去5年增长了6倍,达到4000美元/ ozt现在。non-rare-earth金属的使用无疑会减少贵金属的依赖供应和扩大的PEM电解技术,并有助于降低绿色氢的价格。

应用程序将这个绿色的氢是至关重要的什么?

绿色水电解产生的氢是化学学会桥连接可再生电力。假设我们有丰富的可再生的太阳能发电,风能,热液能量。我们需要准备搬到第二阶段,将丰富的可再生电力转换成化工、化肥、制药、和燃料,替代工业过程消耗大量化石燃料和产生巨大的排放。例如,绿色可以用于氨合成氢,约占世界上2%的化石燃料主要能源消费。

有限制你尚未克服吗?如果是这样,你将如何解决这些问题?

铱相比,锰和cobalt-manganese-based尖晶石氧化物仍不活跃,更不稳定。我们现在专注于他们的主要结构参数以优化这些材料。亚博网站下载锰本身有一个广泛的结构空间,我们也可以改变其与其他不同的元素组成。

例如,在自然界中,大约有1800种不同的矿物质,含有锰。我们有一个巨大的范围,进一步促进它们的属性,特别是其稳定性,与锰、钴、和其他non-rare-earth金属。

必须做些什么来产生一个干净的和具有成本效益的氢经济在全球范围内吗?

我们必须有一个丰富的可再生电力供应。我们需要建造越来越多的电厂与太阳能、风能、地热等。任何可以促进这将帮助。那么划算的氢气生产先进水电解槽,正如我们现在正在发展中。同时,从生物质可再生氢和其他可再生资源也可以为有效的氢经济作出贡献。

是有这个研究的一部分,尤其令人惊讶或有趣的吗?

我很兴奋地看到密集的泡沫产生的催化剂表面每次我做了实验。它不仅表明催化剂的活性高,但也是美丽的手表。

图片来源:Makoto Oikawa

接下来的步骤是什么?你会继续研究制氢的催化剂?

我将继续开发高效催化剂。催化剂通常是最重要的一个部分的化学反应。它创建一个反应活化能较低的途径是不可能的。它可以节省能源,确保自然资源可以更有效地使用。

读者在哪里可以找到更多的信息?

考虑扩大水分解的催化剂。https://www.nature.com/yabo214articles/s41560 - 019 - 0407 - 1

超过8000小时的稳定的潜在的窗口稳定酸。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201813361

潜在的稳定。https://www.nature.com/yabo214articles/s41560 - 019 - 0379 - 1

提高氧气氧化钴尖晶石对可持续发展的稳定的酸。https://www.nature.com/yabo214articles/s41929 - 021 - 00732 - 9

一个新的、可持续的方式,使氢燃料电池和肥料。https://www.riken.jp/en/news_pubs/research_news/pr/2022/20220215_1/index.htm

关于Ailong李

Ailong是理的博士后研究员,他刚刚开始他的职业生涯在电解技术和材料。亚博网站下载他相信他最近对一个碳中性的社会工作是一种贡献。Ailong希望也一样为他的下一个30 - 40年的研究。