韩国中央大学开发新型异质结构催化剂 可有效促进水分解制氢

随着大气中的二氧化碳含量不断增长，全球变暖趋势不断加剧，使用更清洁、更可持续的能源来替代化石燃料，成为解决环境问题的当务之急。在这方面，清洁氢能源是一个很好的选项。

（图片来源：韩国中央大学）

目前，电催化水分解是最清洁的制氢方法。然而，为了提升效率，这一过程需要使用铂等稀有贵金属催化剂。由于成本较高，其大规模工业化应用受到影响。相比之下，过渡金属基催化剂成本较低，如钴、镍、铁的氧化物、硫化物和氢氧化物等。这儿有一个问题是，电催化水分解过程由两个半反应组成，即析氢反应（HER）和析氧反应（OER）。以往报道过的大多数过渡金属基催化剂只能单独催化HER或OER，导致相关配置复杂，总体成本较高。

据外媒报道，韩国中央大学（Chung-Ang University）的研究人员为此开发了一种新型异质结构催化剂，由空心硫化钴物（CoSx）和镍铁（NiFe）层状双氢氧化物（LDH）纳米片组成，可以同时促进两种半反应。

研究负责人、助理教授Seung-Keun Park表示，制备高效水分解催化剂的合理策略是，将OER活性NiFe LDH和HER活性催化剂整合至同一异质结构中。空心HER催化剂具有高表面积和开放结构，被视为完成这一工作的理想选择。事实证明，金属有机骨架（MOF）是制造空心结构的有效前体。然而，目前还没有关于含有NiFe LDH的MOF基空心催化剂的报道。

因此，研究人员以受控方式，将NiFe LDH纳米片电化学沉积至由泡沫镍支撑的空心CoSx纳米阵列表面上。将活性HER催化剂CoSx和OER催化剂NiFe LDH整合在一起，从而实现卓越的双功能催化活性。

事实上，在低电池电压下，这种催化剂能够在两个半反应（half-reaction）中稳定地提供高达1000 mA cm-2的电流密度，这表明其在工业规模的水分解应用中是可行的。研究人员认为，这要归功于催化剂异质结构上存在大量的活性位点，在反应过程中能促进电解质渗透，并释放气体。此外，基于该催化剂的电解槽，在低电池电压下表现出300 mA cm-2的高电流密度，并且整体水分解过程可持续100小时，具有耐用性。

研究人员表示，这种催化剂表现出增强电催化性能，可能是由于其独特的分层异质结构，及其组件之间的协同作用。这项工作将促进实现零排放社会。