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以可再生能源為動(dòng)力的電解制氫被認(rèn)為是改善全球氣候和能源問題的一種環(huán)境友好的手段。在《Angewandte Chemie》雜志上，一個(gè)研究小組現(xiàn)在介紹了一種新穎、廉價(jià)的電極材料:多孔、磷化的CoNi2S4蛋黃殼納米球，它可能提供高效、節(jié)能的制氫技術(shù)。
不幸的是，水電解的兩種半反應(yīng)——?dú)浜脱醯难莼己苈?，而且需要大量的能量。催化有效電極，特別是貴金屬電極，可以加速電化學(xué)過程，提高其能源效率。然而，由于成本高、豐度有限和穩(wěn)定性差，阻礙了它們的大規(guī)模使用。以大量廉價(jià)金屬為基礎(chǔ)的替代品通常對兩種半反應(yīng)都不能令人滿意地工作。
由中國河南師范大學(xué)(Shuyan Gao)和新加坡南洋理工大學(xué)(Nanyang Technological University, Singapore)的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在開發(fā)了一種新型、廉價(jià)、多功能的電極材料，以鈷(Co)和鎳(Ni)為基礎(chǔ)，用于高效電催化制氫。采用水熱硫化和氣相磷化相結(jié)合的方法制備鈷鎳甘油酯納米球。這就形成了由磷摻雜鈷鎳硫化物(P-CoNi2S4)制成的蛋黃殼納米顆粒。這些小球體有著緊湊的內(nèi)核和多孔的殼，殼與殼之間有空隙——就像蛋黃被蛋清包圍著，所以不接觸殼一樣。
磷摻雜增加了中空粒子中Ni3+相對于Ni2+的比例，并允許更快的電荷轉(zhuǎn)移，使電催化反應(yīng)運(yùn)行更快。該材料可作為陽極或陰極使用，在電解水生產(chǎn)氫和氧方面表現(xiàn)出高的活性和穩(wěn)定性。
為了降低電解池的整體電壓，混合電解的概念也在研究中。例如，氫氣的產(chǎn)生可以與尿素的氧化反應(yīng)相結(jié)合，而不是與氧氣的產(chǎn)生相結(jié)合，這需要的能量要少得多。尿素的來源包括工業(yè)合成廢水和生活污水。新的納米顆粒對這種半反應(yīng)也非常有用。
水和尿素電解都需要相對較低的電池電壓(分別為1.544 V或1.402 V，在10 mA cm-2下超過100小時(shí))。這使得這種新的雙金屬蛋黃殼粒子優(yōu)于大多數(shù)已知的硫化鎳甚至貴金屬電催化劑。它們?yōu)殡娀瘜W(xué)制氫以及處理含尿素廢水提供了一種有前途的方法。
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