諾丁漢大學利用金屬廢棄物轉換為高效率製氫觸媒

 

刊登日期:2024/6/28
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英國諾丁漢大學(University of Nottingham)透過在金屬機械加工產業廢棄物的切削廢料表面濺鍍、沉積白金(Pt)與鈷(Co)原子的方式,成功製作出適用於水電解之高效率觸媒。鈦、鎳合金切屑表面上數十奈米的凹槽或段差適合形成白金、鈷的奈米粒子或奈米薄片,並已確認與市售觸媒相比,以10分之1的白金、鈷數量,即能以100%的效率利用水電解製造氫氣與氧氣。

氫氣是一種可產生熱能或為汽車等設備提供動力的潔淨燃料,因燃燒而生成的副產物僅有水蒸氣。雖然多數氫氣生產技術仰賴化石燃料做為原料,但可以利用水與電力生產氫氣的水電解是目前最受矚目的綠氫製造方法之一。然而,此過程須使用稀有且高價的白金等元素做為觸媒。在貴金屬供應短缺、價格上漲的情況下,尋找電解觸媒的替代材料已成為當務之急。

於此之際,諾丁漢大學注意到主要從航太產業產生之鈦(Ti)、鎳(Ni)合金的切削廢料。利用掃描式電子顯微鏡對乍看光滑的切屑進行表面觀察,發現表面由數十奈米大小的溝槽、段差構成,而此類奈米形狀的表面將可望創造出電解觸媒機能。

研究團隊透過磁控濺鍍將白金原子、鈷原子濺射於切屑表面後,各個原子與5~20 nm的奈米粒子或約100 nm的奈米薄片結合,恰如其分地融入奈米級溝槽中。經過電解觸媒的特性分析,令人驚訝的是,與已達到實用化的最先進觸媒相比,僅須10分之1數量的白金、鈷,即可利用水製造氫氣與氧氣。

將每1 cm2切削屑表面積僅沉積28 μg白金的鈦合金與沈積30 μg鈷的鎳合金做為電極進行電解後,確認各個電極能以100%的效率每分鐘產生0.5 L的氫氣。目前研究團隊亦已與電解槽製造商AqSorption展開合作,推動新開發技術的工業化。今後利用切削屑廢料製成的電解觸媒將可望以最少量的貴金屬生產綠色氫氣,且航太產業排出的金屬廢棄物亦可透過單一流程予以循環再利用。未來更將可望成為解決全球當前最緊迫之零碳課題的關鍵方法之一。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/240523_trash-to-treasure.html
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