荷兰中日新研究人员合作 制成活性高20倍的镍铂合金空心纳米催化剂

据外媒报道，催化剂可以加速化学反应，但是广泛用于催化剂的金属铂不仅非常稀有，还非常昂贵。因此，荷兰埃因霍温理工大学（Eindhoven University of Technology，TU/e）的研究人员与中国、新加坡和日本的研究人员合作，研发出一种活性高20倍的替代品：一种由镍和铂合金制成的空心纳米催化剂。埃因霍温理工大学研究人员Emiel Hensen希望未来利用该新催化剂研发一个大约10兆瓦、冰箱大小的电解槽。

到2050年，荷兰政府希望利用太阳能或风能等可持续能源，满足荷兰全国的能源需求。因为此类能源不是在任何时候都可使用，因此是否能够存储此类可再生能源非常重要。由于电池能量密度低，并不适合用于存储大量能量。更好的解决办法是利用化学键，氢就是最好的气体化学键。利用水，电解槽会将（过量）电能转化为可存储的氢。燃料电池则相反，会将存储的氢转化为电能，不过，此两种技术都需要催化剂来推动。

由于具备高活性，催化剂可帮助进行转化，而且大多由铂构成。不过，铂金属非常昂贵，且相对稀缺，如果想要大规模利用电解槽和燃料电池，就会是一个障碍。TU/e催化学教授Emiel Hensen表示：“因此，中国的研究人员研发了一种铂镍合金，此种合金可以降低催化剂的成本，且增加活性。”有效催化剂的活性高，就可每秒将更多的水分子转化成氢。

在燃料电池中成功进行了测试

除了选用其他金属，研究人员还能够对形态做出重大改变。催化剂中的原子必须与水和/或氧分子键合，才能够将其进行转化。因此，键合点越多，活性就会越高。Hensen表示：“必须创造尽可能大的金属表面积，所研发的中空纳米材料才能够既从内部进入，又从外部进入，创造出最大的表面积，让更多材料可以同时发生反应。”此外，Hensen还利用量子化学技术证明了纳米材料的比表面结构进一步增加了催化剂的活性。

在Hensen的模型中进行计算之后，发现与目前铂催化剂的活性相比，铂镍合金支持的催化剂的活性高出20倍。研究人员还在燃料电池实验中发现了同一结果，“很多对基础研究的批评都是说此种研究是在实验室中完成的，当被应用于真正的设备时，往往无效。不过，我们已经证明此种新型催化剂有实际的应用价值。”

催化剂必须具备稳定性使其能够在氢动力汽车或房屋中工作数年，因而，研究人员在燃料电池中对该催化剂进行了5万次循环测试，发现其活性几乎没有下降。

此种新型催化剂的应用范围非常广，既可以用于燃料电池，也可以用于电解槽中的逆反应。例如，燃料电池可以用于氢动力汽车，而有些医院也已经采用氢燃料电池为应急发电机供电。而电解槽可用于海上风电场，甚至可以用于风力涡轮机。运输氢气比运输电力的成本低得多。

Hensen的梦想更大，他表示：“我希望我们能够在每一个街区安装该电解槽，该冰箱大小的设备在白天，可以从附近屋顶上的太阳能板上将所有能量以氢气的形式存储起来。未来，地下的天然气管道可以输送氢气，家用集中供热锅炉将被燃料电池所取代，而燃料电池可将存储的氢气转化成电能，就可以充分地利用太阳能了。”

不过为了实现这一点，还需要大力发展电解槽。与其他TU/e研究人员以及Brabant地区的工业伙伴一起，Hensen参与了埃因霍温理工大学能源研究所的工作，目标是将现有商用电解槽变成一个冰箱大小的电解槽，容量为10兆瓦。（文中图片均来自埃因霍温理工大学）

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