其次是氫氣的來源。由于氫氣的密度較低，自然界產(chǎn)生的氫氣會浮在大氣上層，飄到外太空?？茖W(xué)界采用催化分解水制備氫氣的方法，其中的一種解決方案是以貴金屬為催化劑電解水。貴金屬作為一種貨幣，其價格的影響因素較多，再加上國際貴金屬市場比較動亂。因此，有科學(xué)家在思考有沒有一種非貴金屬、低成本的催化劑？

近日，斯坦福大學(xué)化學(xué)工程系和美國能源部的SLAC國家加速器實驗室的 Thomas F. Jaramillo教授團(tuán)隊在國際頂級期刊Nature子刊《Nature Nanotechnology》發(fā)表名為“A non-precious metal hydrogen catalyst in a commercial polymer electrolyte membrane electrolyser”的研究文章。該團(tuán)隊制備一種廉價的磷化鈷（CoP）催化劑，其催化水制氫氣的性能可與貴金屬—鉑相媲美，可實現(xiàn)在商業(yè)環(huán)境中產(chǎn)生氫氣并實現(xiàn)氫氣燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用。

研究預(yù)覽：該團(tuán)隊合成了一種低成本、非貴金屬的磷化鈷（CoP）催化劑，實現(xiàn)了從1 cm2實驗規(guī)模的尺寸到86 cm2的商業(yè)規(guī)模聚合物電解質(zhì)膜（PEM）電解槽的轉(zhuǎn)換。該團(tuán)隊只需要兩步即可完成催化劑的制?。旱谝徊皆诟弑缺砻娣e碳載體上生成催化劑磷化鈷（CoP）；第二步將它們集成到工業(yè)PEM電解槽制造過程中。在相同的工作條件（400 psi，50°C）下，比較CoP基PEM與鉑基PEM的性能：實驗結(jié)果表明CoP催化活性特別高且穩(wěn)定性較好，能夠在1.86 A cm-2的模板上連續(xù)制氫時間超過1700小時。該團(tuán)隊的研究成果表明，在相同的性能下，催化劑磷化鈷（CoP）可節(jié)省大量材料成本，同時也說明了過去幾十年來開發(fā)的非貴金屬的氫氣析出催化劑轉(zhuǎn)化為商業(yè)應(yīng)用的潛在途徑。

該研究最重要的元素之一是擴(kuò)大磷化鈷催化劑的產(chǎn)量，同時保持其非常均勻-該過程涉及在實驗室工作臺上合成原材料，用研缽和研杵研磨，在爐中烘烤以及最后將細(xì)的黑色粉末變成墨水，然后將其噴在多孔碳紙上。將所得的大幅面電極裝入電解池以進(jìn)行制氫測試。

實驗中使用的商用電解槽。噴有催化劑粉末的電極堆疊在中央金屬板內(nèi)部，并用螺栓和墊圈壓緊。水通過右側(cè)的管子流入，氫氣和氧氣通過左側(cè)的管子流出。

電解的工作原理與反向電池非常相似：電解不是發(fā)電，而是利用電流將水分解為氫和氧。產(chǎn)生氫氣和氧氣的反應(yīng)是使用不同的貴金屬催化劑在不同的電極上發(fā)生的。在這種情況下，Nel Hydrogen團(tuán)隊將氫氣生成側(cè)的鉑催化劑替換為由沉積在碳上的磷化鈷納米顆粒組成的催化劑，形成了精細(xì)的黑色粉末，該粉末由SLAC和斯坦福大學(xué)的研究人員生產(chǎn)。像其他催化劑一樣，它將其他化學(xué)物質(zhì)聚集在一起并促進(jìn)它們發(fā)生反應(yīng)。

磷化鈷催化劑在整個測試過程中（超過1,700小時）的運(yùn)行情況都非常好。這個結(jié)果表明它對于日常在高溫、高壓和高電流密度以及極端酸性條件下發(fā)生的反應(yīng)中使用來說可能不夠耐久。

因為他們的突出成就，斯坦福大學(xué)的Thomas F.Jaramillo教授及其工作人員接受了相關(guān)采訪，下面是具體內(nèi)容。

界面科學(xué)和催化中心主任托馬斯·賈拉米洛（Thomas Jaramillo）說：“多年來，為開發(fā)用于PEM系統(tǒng)的貴金屬催化劑的替代品，科學(xué)界已經(jīng)進(jìn)行了大量的工作?？茖W(xué)界已證明許多裝置可在實驗室環(huán)境中工作，但這是第一個在商用電解槽中展示高性能的裝置。該設(shè)備是由PEM電解研究基地和位于康涅狄格州的工廠為Nel Hydrogen生產(chǎn)的，Nel Hydrogen是世界上最古老、最大的電解設(shè)備制造商?！?/p>

Jaramillo說：“氫氣是制造燃料和肥料的重要工業(yè)化學(xué)品；它也是一種清潔的、高能量含量的分子。它可用于燃料電池或存儲由太陽能和風(fēng)能等可變動力源產(chǎn)生的能量。但是今天產(chǎn)生的大部分氫氣都是由化石燃料制成的，從而導(dǎo)致大氣中的二氧化碳含量升高，出現(xiàn)了如環(huán)境污染、氣候變化等一系列的全球性問題。我們需要一種經(jīng)濟(jì)有效的方式來利用清潔能源生產(chǎn)二氧化碳?！?/p>