非凡的新催化剂片能廉价地从海水中分离出氢气

　　目前，绿色氢气生产的研究正在快速推进，因为世界各国都在争相在预计将成为巨大的全球清洁燃料市场中立足。皇家墨尔本理工大学的研究人员表示，如果绿色氢气消耗大量淡水，或者导致大量有毒氯气的产出，就不能被视为环保，他们表示已经构思出了一种既环保又便宜的技术。
　　澳大利亚巨大的可再生能源潜力和以出口为重点的经济使其有能力在国际上进行大批量竞争。但是，作为一个以沙漠为主要地貌的大陆，它也非常清楚水资源的短缺和将其土地的生命线运往海外的危险性。生产每公斤（2.2磅）氢气需要9升（2.4加仑）淡水，这是个坏兆头。
　　用海水制造绿色氢气比用淡水更难，首先需要考虑腐蚀问题，然后是需要应对大量杂质和微生物，再者需要靠近可再生能源的沿海地区--对于像澳大利亚这样大且相对空旷的国家来说，这不是一个问题，但在其他地方绝对是一个因素。在某种程度上还需要考虑在完成盛产后将什么放回海洋中，是否创造了危险的盐度水平或将高浓度的有毒氯气排放回海洋环境中。
　　但好处是相当巨大的：当使用海水时，不仅供水是几乎免费的，而且如果这些氢气在当地被燃烧或通过燃料电池运行，排放出的淡水过滤后还可以浇灌干旱的土地。
　　因此，目前有很多团队正在研究从海水中产生绿色氢气的电解技术。早在12月，我们看了一个高效的中国设备，它利用蒸汽压差自发地从海水中蒸发出纯水，然后进行电解。几周前，另一个国际团队发现了一种标准电解器的表面处理方法，使其在海水中也能正常运行。而早在2021年，我们关注了沙特阿拉伯的一种非常令人兴奋的方法，它不仅可以捕获氢气，还可以捕获可销售的氯气和电池级磷酸锂，这将解决另一个全球问题，并且在这个过程中看起来是非常好的生意。
　　上图：催化剂有望廉价且易于规模化生产。底部：电极上的氢进化反应（HER）和氧进化反应（OER）RMIT
　　今天，澳大利亚皇家墨尔本理工大学的科学家们宣布了另一种具有巨大潜力的方法，即直接从海水中产生高效、低成本的绿色氢气，而不产生氯气。
　　＂使用海水的最大障碍是氯，它可以作为副产品产生。＂刚刚发表在同行评议的Wiley杂志《Small》上的一篇论文的首席研究员Nasir Mahmood博士说。＂如果我们不首先解决这个问题就满足世界上的氢气需求（使用海水），我们每年会产生2.4亿吨氯气--这是世界上氯气需求量的三到四倍。用氢气生产替代化石燃料制造的氢气是没有意义的，它可能会以不同的方式破坏我们的环境。我们的工艺不仅省略了二氧化碳，而且也没有氯的产生＂。
　　皇家墨尔本理工大学的设备使用了一种由氮掺杂的磷化镍（NiMo3P）片制成的新型催化剂。在每个片状层中都有大量孔隙，旨在加速催化活性和质量转移。
　　透射电子显微镜显示氮掺杂的磷化钼镍的纳米级片材中的孔隙
　　研究小组说，氮的掺入发挥了一些功能，包括增加导电性，优化电子密度和表面化学，以及在薄片中为水催化创造新的活性点。当氮与表面金属结合时产生的电负性有助于阻止不需要的离子和分子接触催化剂的表面，而表面上存在的磷酸盐、硫酸盐、硝酸盐和羟基离子则有助于阻挡胆碱并防止腐蚀。
　　实验中，该团队发现这种催化剂表现出了出色的效率，并完全抑制了氯气的产生。＂在碱性电解质和海水中，N-NiMo3P片表现出特殊的HER[氢进化反应]过电位值，在10 mA cm-2时分别为23和35 mV，＂研究报告写道。此外，对于完全的水分离，在碱性电解质和海水中分别只需要1.52和1.55伏就可以达到10毫安厘米-2。这些特殊的结果表明，通过调节二维材料的结构和组成，可以从海水中产生低成本的氢气。＂
　　＂这些新的催化剂运行所需的能量非常少，可以在室温下使用，＂Mahmood在一份新闻稿中介绍说，它们也应该是相对便宜的，并且容易在绿色氢气市场预计需要的巨大规模下生产。
　　从左到右。Muhammad Waqas Khan博士、Nasir Mahmood博士和Suraj Loomba先生，他们是皇家墨尔本理工大学从事这项研究的团队的成员。
　　Muhammad说：＂为了真正实现可持续发展，我们使用的氢气在整个生产周期中必须是100%无碳的，而且不能削减世界上宝贵的淡水储备。我们直接从海水中生产氢气的方法是简单的、可扩展的，并且比目前市场上的任何绿色氢气方法更具成本效益。随着进一步的发展，我们希望这能推动在澳大利亚建立一个繁荣的绿色氢气产业＂。
　　随着研究的继续，该团队将转而扩大规模。下一步是建立一个运行这些催化剂片堆的原型电解器系统，以生产大量的氢气，并开始优化系统规模的效率。Mahmood认为，这项技术可以帮助实现澳大利亚政府的目标，即以2澳元/公斤（1.40美元/公斤）的价格生产绿色氢气，在这个水平上，它与使用化石燃料生产的肮脏氢气相比，具有成本竞争力。
　　对于公司大量投资于大规模绿色氢气生产，他们需要知道他们可以做到有利可图，并与其他氢气和燃料来源竞争。让我们拭目以待，当然希望这些海水分离的创新在资产负债表上的效果和在实验室里的效果一样好。