可提高水電解速度且價格僅過去1/100之觸媒材料

 

刊登日期:2022/5/5
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以麻省理工學院(MIT)為中心的研究團隊利用價格低廉且豐富存在的成分,開發了一項新型觸媒材料「金屬氫氧化物-有機構造(MHOF)」。此項材料可依據特定化學製程的需求,正確調整觸媒的構造與組成,其性能可望與既有高價觸媒匹敵。電化學反應是燃料、化學品、材料在電化學製造中常見的反應之一,也是做為生成氫氣副產物等各種碳中和燃料製造方法的核心。然而此反應在不使用觸媒的情況下反應速度很慢,需要額外的能源,導致整體效率下降。此外,目前使用的觸媒需要稀有且昂貴的材料,因而限制了燃料生產的可能性。

過去已有其他研究利用鎳鐵氫氧化物(Nickel-iron Hydroxides)等金屬氧化物以取代稀有金屬,但這些材料難以因應特定製程的需求予以調整。此次研究團隊則透過獨特的方式將金屬氧化物予以奈米結構化,進而開發出可依製程需求進行調整的方法。開發手法採用了在氣體儲存應用中受到關注的金屬有機框架(MOF)材料。MOF是由金屬離子和有機配位子進行配位結合後形成多孔質結構,研究團隊以金屬氫氧化物取代MOF中做為金屬離子的金屬氧化物,進而開發出MHOF。藉由將有機連接體鏈彼此相鄰接放置,形成由有機連接體(Organic Linkers)連接的金屬氫氧化物片材,並透過層疊表現出更高的穩定性。由於可以精確控制奈米結構的圖案化,將能精確控制金屬的電子特性,從而提高穩定性與耐用性。

由於此次開發的觸媒主要以鎳、鐵等為主成分,雖未經過詳細計算,但製造成本可望降低至既有觸媒的100分之1。此外,MHOF可以製成非常薄的片材,若塗佈於其他材料進行使用的話,將可更進一步降低成本。再者,透過調節催化水分解的活性部位,將能以較少能源製作出可製造氫氣的空間。另已發現僅需將化合物中的鎳更換成其他金屬,就能發揮5倍以上的調節能力,未來可望在許多相關製程中獲得應用。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/220413_mhof.html
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