ヒューストン大学とカリフォルニア工科大学の研究者らは、水を分解して水素を生成することができ、大規模な商業化に適した安価なハイブリッド触媒を報告した。
水をその成分である水素と酸素に分解するほとんどのシステムでは、2 つの触媒が必要です。1 つは反応を促進して水素を分離し、もう 1 つは酸素を生成します。この新しい触媒は、市販のニッケルフォーム上に鉄とリン化二ニッケルでできており、両方の機能を果たします。
研究者らは、水素生成の尺度である高い電流密度を生成しながら、水から水素を生成するのに必要なエネルギー量を劇的に削減できる可能性があると述べた。エネルギー要件が低いということは、水素をより低いコストで製造できることを意味します。
「これにより、私たちは商業化に近づくことができます」と、ワシントン大学の MD アンダーソン物理学教授であり、金曜日に Nature Communications に掲載された新しい触媒について説明した論文の主著者である Zhifeng Ren 氏は述べています。
水素は、電気モーターに動力を供給するための燃料電池の形で、または内燃エンジンで燃焼する形で、また多くの産業用途とともに、望ましいクリーン エネルギー源と考えられています。ワシントン大学テキサス超電導センターの研究員でもあるレン氏は、エネルギーは圧縮または液体に変換できるため、他の形態のエネルギーよりも貯蔵しやすいと述べた。
しかし、特に水をその成分に分解することによって、大量の水素ガスを生成する実用的で安価で環境に優しい方法を見つけることは困難でした。
現在、ほとんどの水素は水蒸気メタン改質と石炭ガス化によって製造されています。これらの方法は、燃料がきれいに燃焼するという事実にもかかわらず、燃料の二酸化炭素排出量を増加させます。
そして、従来の触媒は水から水素を生成することができるが、共著者であるカリフォルニア大学物理学助教授Shuo Chen氏は、それらは一般に高価な白金族元素に依存していると述べた。そのためコストが上昇し、大規模な水の分割は現実的ではありません。
「対照的に、私たちの材料は地球に豊富に存在する元素をベースにしており、白金族材料と同等の性能を示します」と彼女は言いました。 「低コストでスケールアップできる可能性があり、水分解の商業化にとって非常に魅力的で有望なものとなっています。」
研究者らは、触媒は40時間以上の試験を通じて安定性と有効性を維持したと述べた。
彼らは、この新しい触媒は、「同じアルカリ電解液中で非常に高いOER（酸素発生反応）活性とHER（水素発生反応）活性の両方を示し、全体的な水の分解において優れた二機能性触媒であることが証明された」と書いている。実際、商業的に実用的な電流密度 500 mA cm -2でありながら、アルカリ水電解装置の新記録 (10 mA cm -2を供給するために 1.42 V) を樹立しました。」
これまでの触媒は、水素を生成する反応を促進するために、酸素を生成するために使用されるものとは異なる材料を使用していました。レン氏は、リン化鉄粒子とリン化二ニッケル粒子の間の相互作用が両方の反応を促進すると述べた。 「どういうわけか、2 つの素材を組み合わせた方が、個々の素材よりも優れています」と彼は言いました。
この論文の執筆者には、Ren 氏と Chen 氏に加えて、Fang Yu 氏、Haiqing Zhou 氏、Jingying Sun 氏が含まれており、いずれもカリフォルニア州立大学物理学科に所属しています。ファン・チン氏とジミン・バオ氏、カリフォルニア大学電気・コンピュータ工学部所属。カリフォルニア工科大学材料・プロセスシミュレーションセンターのYufeng Huang氏とWilliam A. Goddard III氏。