低成本、高活性且可長時間催化的釕奈米合金電極觸媒

 

刊登日期:2021/4/16
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日本古屋金屬(FURUYA METAL)與京都大學共同研發出一款釕(Ru)合金電極觸媒,可在酸性溶液中高活性且長時間催化水的完全分解,日前已展開商樣推廣。釕合金金屬觸媒是由3 nm左右的合金薄片聚集起來的珊瑚狀奈米構造體,與主流的銥(Ir)相比成本較低,在生成氫與氧的兩種反應上都能展現極佳的高活性及耐久性。

水電解是由陰極(Cathode)的產氫反應(HER)與陽極(Anode)的產氧反應(OER)而成的一組氫能製程。近年來因離子交換膜的發展,容易催化HER的酸性溶液中的水電解受到關注,但仍有酸性中OER這邊的金屬幾乎都會溶掉的技術課題。而銥氧化物因有一定程度的催化耐久性,有不少研究進展。釕雖有最高的OER活性,但在酸性溶液中嚴重溶出,觸媒活性急速下滑,因此一直不在研究範圍內。

這次開發的新合金電極觸媒係以釕(成份比94%)及銥(成份比6%)所組成的奈米合金。透過控制結晶構造的技術,製作出3nm左右的六方最密構造,其特徵在於是{0001}面大幅露出之薄片聚集而成的集合體。與既有的OER觸媒相比活性高出個位數~十位數。其活性表現也相當優異,經實驗證實利用1 mA/平方公分的定電流予以固定的狀態下,球狀的釕銥合金在1小時內會消失,而新合金則持續了122小時。此外,一般在陰極會使用鉑(Pt),陽極使用銥氧化物,新的電極觸媒不論陰極還是陽極皆可使用,且已知其性能高於使用鉑及銥氧化物的電池。

銥的年產量僅6.5公噸相當稀少,因其特性多用於工業用電極、汽車引擎的火星塞及電子材料製造時的觸媒。反之,釕的年產量是銥的6~7倍,用途則侷限於電氣接點、觸媒等,市場經常是供過於求的狀態,這5年的價格則是銥的1/5~1/16之間浮動。


資料來源: 化學工業日報/材料世界網編譯
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