新型催化剂可实现高效海水淡化和制氢

休斯敦大学的研究人员报告说，从地球上最丰富的资源之一的海水生产氢和清洁饮用水方面取得了重大突破。

新的催化剂可有效地从海水中产生氢气，为大规模制氢，海水淡化提供了希望。

海水是地球上最丰富的资源之一，它既有希望作为氢的一种来源（作为清洁能源的一种来源），又作为干旱气候中的饮用水提供了希望。但是，即使能够从淡水中产生氢气的水分解技术变得更加有效，海水仍然是一个挑战。

休斯顿大学的研究人员报告了一种新的析氧反应催化剂的重大突破，该催化剂与析氢反应催化剂相结合，可实现能够满足工业需求的电流密度，同时需要相对较低的电压来启动海水电解。

研究人员说，这种由廉价的非贵金属氮化物组成的装置设法避免了许多障碍，这些障碍已限制了早期从海水中廉价生产氢或安全饮用水的尝试。这项工作在2019年11月8日发表在《自然通讯》上的一项研究中进行了描述。

任志峰，德克萨斯大学超导研究中心主任该论文的相应作者说，一个主要的障碍是缺乏一种催化剂，该催化剂无法有效地将海水分解成氢气，而又不释放钠，氯，钙和海水中其他成分的自由离子，这些离子一旦释放就可以沉淀在水中。催化剂并使其失去活性。氯离子特别成问题，部分原因是氯需要多少电压才能释放出比释放氢所需的电压更高的电压。

德克萨斯大学超导中心和安德森物理学博士的物理学教授任志峰说，这种新型催化剂可以使研究人员避免许多阻碍海水广泛用于生产氢的障碍。

研究人员用得克萨斯州沿海加尔维斯顿湾抽取的海水对催化剂进行了测试。任博士，安德森大学物理系教授，他说，它也将与废水一起使用，从水中提供另一种氢源，否则未经昂贵的处理就无法使用。

他说：“大多数人使用清洁的淡水通过水分解来产生氢气。”“但是干净的淡水供应有限。”

为了解决这些挑战，研究人员设计并合成了一种使用过渡金属氮化物的三维核-壳氧逸出反应催化剂，该纳米催化剂由镍-铁-氮化物化合物和镍-钼-氮化物纳米棒在多孔镍泡沫上制成。

第一作者罗宇，UH博士后研究员他还隶属于华中师范大学。他说，这种新的氧气释放反应催化剂与先前报道的镍-钼-氮化物纳米棒的氢气释放反应催化剂配对。

催化剂被集成到两电极碱性电解槽中，该电解槽可以通过热电装置或AA电池由废热提供动力。

产生每平方厘米100毫安的电流密度（电流密度的度量或mA cm-2）所需的电池电压范围为1.564 V至1.581 V.

Yu表示，该电压非常重要，因为虽然需要至少1.23 V的电压才能产生氢气，但在1.73 V的电压下会产生氯，这意味着该设备必须能够在一定的电压下产生有意义的电流密度水平。在两个级别之间。

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参考：于罗，朱青，宋少伟，Brian McElhenny，王德志，吴春正，秦兆军，包继明，鲍颖，于硕，陈硕和任志峰，2019年11月8日，自然通讯。
10.1038 / s41467-019-13092-7

除了任和于之外，论文的研究者还包括朱青，宋少伟，布莱恩·麦克尔汉尼，王德智，吴春正，秦兆钧，鲍继明和陈硕，都是美国大学;和华中师范大学的于瑜。