浙江大学专家研制出一种廉价的新型催化剂，可用于水裂解制备氢气。这项成果的推广将有望大规模降低新一代氢能汽车的燃料成本。相关论文近日发表在国际知名学术杂志《自然通讯》（Nature Communications）。
水裂解制氢的过程被称为电/光电催化析氧反应（OER），需催化剂才能加速反应效率。传统的催化剂是贵金属铱，每克单价接近黄金的两倍。长久以来，科研人员想要找到廉价的替代品，但OER反应的催化机理和活性位点难以捉摸，此前找到的催化剂往往整体催化效率低，无法代替铱。
浙江大学化学工程与生物工程学院侯阳研究员通过仿生学的方法，设计并开发出一种单原子OER催化剂，将高度分散的镍单原子锚定在氮—硫掺杂的多孔纳米碳基底上。实验发现，相比市场上广泛应用的商业铱基催化剂，这种新型催化剂制备成本降低了80%以上，驱动反应所需的能量降低5%，且稳定性大幅度提高，展现出工业级电解水制氢的潜能。
OER析氧反应需要由电或光电驱动，课题组将制备的电催化剂进一步选择性沉积在氧化铁电极表面，形成一个高效的太阳能驱动水裂解整合光阳极。“这一设计能够利用太阳光能产生电能，驱动整个催化反应，节省了额外的驱动电源。”侯阳说。
OER析氧反应是水裂解器件和金属-空气电池的核心过程。谈及未来的应用，侯阳介绍，新一代燃料电池汽车对高能量密度提出重要需求，目标是500瓦时/公斤，让汽车充满电后可以跑一天。要进一步提高电池效能，就需要金属-空气这一新型燃料电池，水裂解产生的氢气能源将发挥重要作用，廉价新型催化剂产业化前景看好。