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仙人掌工厂激发了具有成本效益的制氢_环球聚看点
2023-05-10
100多年前，科学家们发现了如何将水转化为氢气——一种非常需要的绿色能源，被昵称为“未来的燃料”。
尽管取得了这一突破，但氢并没有成为主要的燃料来源。将水分解成氢气可能效率低下且成本高昂，称为电解的转化过程仍然不完善。
现在，德克萨斯大学埃尔帕索分校的工程师提出了一种低成本的镍基材料，以帮助更便宜、更有效地分解水。他们的灵感?一种沙漠多肉植物，被称为仙人掌仙人掌。该材料在ACS Applied Materials & Interfaces杂志上的一篇新论文中进行了描述。
(资料图片)
“这是实验室中受自然启发的设计，”领导这项研究的UTEP机械工程教授Ramana Chintalapalle博士说。“这种植物的表面很宽，可以吸收水分并在极端环境中生存。我们想，"我们如何才能将其纳入我们的研究?
氢问题
电解是将水与电和电催化剂(一种加速任何化学反应的材料)分解的过程。目前的水分解技术严重依赖铂作为催化剂，这有其缺点。
“铂金是用于帮助分解水的主要材料，但它非常昂贵 - 比黄金贵 - 并且由于其价格而大规模使用它是不可行的，”Chintalapalle解释说。“我们需要一种经济上更可行的催化剂，这样每个国家都可以合理地采用氢气。
棘手的解决方案
Navid Attarzadeh第一次注意到仙人掌是在步行到UTEP的先进材料研究中心实验室时。该团队一直在探索镍作为铂的催化替代品，铂是一种在地球上丰富的金属，比铂便宜1倍。
然而，镍在将水分解成氢气方面并不那么快速和有效。
“每天，我都会经过同样的植物，”环境科学与工程博士生Attarzadeh说。“我开始把它与我们的催化剂问题联系起来。引起我注意的是，与其他沙漠植物相比，叶子和果实有多大;仙人掌具有非凡的表面积。
就在这时，阿塔扎德有了主意。如果他们设计了一种仙人掌形状的3D镍基催化剂会怎样?更大的表面积可以容纳更多的电化学反应 - 产生比镍通常更多的氢。
该团队迅速设计了人眼看不见的纳米级结构，并对其进行了测试。
“我们测试了催化剂反复分解水的能力，并取得了良好的结果，”Chintalapalle说。
他补充说，这是一个基本的发现，这个过程需要进一步完善，但这是朝着正确方向迈出的一步。
“氢气可以改变我们国家的能源技术 - 而不会产生温室气体排放，”Chintalapalle说。“我们的碳足迹可以消除;我们需要继续追求这一点。