科學(xué)日?qǐng)?bào)報(bào)道，近日美國(guó)斯坦福大學(xué)化學(xué)系教授戴宏杰(Hongjie Dai)和同事研發(fā)了一款廉價(jià)零排放的電解設(shè)備，這款設(shè)備利用1.5伏特的電池在室溫下可將水分解成氫和氧。2015年美國(guó)消費(fèi)者將能夠從日本豐田公司和其他制造商那里購(gòu)買(mǎi)到燃料電池汽車(chē)。盡管被譽(yù)為零排放汽車(chē)，大多數(shù)車(chē)輛都利用來(lái)自天然氣，天然氣這種礦物燃料將導(dǎo)致全球變暖。

只要利用一節(jié)普通的AAA電池就可以通過(guò)水電解產(chǎn)生氫

現(xiàn)在斯坦福大學(xué)的科學(xué)家們研發(fā)了低成本零排放的設(shè)備，只要利用一節(jié)普通的AAA電池就可以通過(guò)水電解產(chǎn)生氫。電池會(huì)通過(guò)兩個(gè)電極發(fā)送電流，導(dǎo)致水分解成氫和氧氣。與其它利用寶貴的金屬催化劑的水電解器不同，這款最新設(shè)備的電極是由成本并不昂貴且大量存在的鎳和鐵制成的。

“利用便宜的鎳和鐵，我們就能夠使電催化劑足夠活躍從而在室溫環(huán)境下利用1.5伏電池分解水。” 戴宏杰教授說(shuō)道。“這是首次利用不珍貴的金屬催化劑在低電壓下分解水，這非常不可思議，因?yàn)橐话愣夹枰嘿F的金屬，例如鉑金和銥來(lái)獲得如此低的電壓。”

除了產(chǎn)生氫，新的水分離器還能夠用于制造氯氣和氫氧化鈉，后者是一種重要的工業(yè)化學(xué)物。戴教授和同事將這些最新發(fā)明發(fā)表在8月22日的期刊《自然通信》上。

汽車(chē)制造商一直都認(rèn)為氫燃料是未來(lái)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)非常有前景的替代物。燃料電池技術(shù)本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是逆向的水分解。一個(gè)燃料電池結(jié)合了存儲(chǔ)的氫和空氣中的氧以產(chǎn)生電，從而驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。唯一的副產(chǎn)品是水——這與汽油燃燒有所不同，后者會(huì)產(chǎn)生溫室氣體二氧化碳。

今年早期，韓國(guó)現(xiàn)代集團(tuán)開(kāi)始在美國(guó)南加州出售燃料電池汽車(chē)。日本豐田公司和本田汽車(chē)公司也將在2015年開(kāi)始出售燃料電池汽車(chē)，大多數(shù)汽車(chē)將利用在大型工業(yè)廠(chǎng)房制造的燃料，這些燃料是通過(guò)結(jié)合非常炙熱的蒸汽和天然氣產(chǎn)生氫，這個(gè)能量密集的過(guò)程會(huì)釋放二氧化碳作為副產(chǎn)品。

將水分解以制造氫并不需要化石燃料，也不會(huì)釋放溫室氣體。但科學(xué)家們還未研發(fā)出可應(yīng)用于工業(yè)規(guī)模的可行、活躍的水分離器和催化劑。“這是幾十年一直追逐的目標(biāo)，制造出低成本、高活躍性和長(zhǎng)期耐久性的電催化劑。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)基于鎳的催化劑和鉑金一樣有效時(shí)，這完全出人意料。”

這一催化劑是由研究合作作者、斯坦福大學(xué)研究生龔明(Ming Gong)發(fā)現(xiàn)的。“明發(fā)現(xiàn)了一個(gè)鎳金屬/鎳氧結(jié)構(gòu)，它比純鎳金屬或者純鎳氧都要更活躍。”戴教授說(shuō)道“這種新穎的結(jié)構(gòu)支持氫電催化，但我們?nèi)匀粺o(wú)法完全理解背后的科學(xué)。”

這種鎳/鎳氧催化劑極大的降低了分解水所需的電壓，這將最終為氫制造商在電力成本方面節(jié)省幾十億美元，龔解釋道。他接下來(lái)的目標(biāo)是提高這一設(shè)備的持久性。“電極相對(duì)穩(wěn)定，但它們?nèi)匀粫?huì)隨著時(shí)間的推移而緩慢衰減?；谖易罱慕Y(jié)果，這一目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的。”

研究人員還計(jì)劃研發(fā)一個(gè)以太陽(yáng)能產(chǎn)生的電驅(qū)動(dòng)的水分解器。“氫是驅(qū)動(dòng)車(chē)輛、建筑物和存儲(chǔ)輸電網(wǎng)里可再生能源的理想燃料，”戴教授說(shuō)道。“我們非常慶幸能夠制造一個(gè)活躍且低成本的催化劑。這顯示了通過(guò)材料的納米工程我們能夠改變制造燃料和消耗能量的方式。”