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　　水電解制氫可能是實(shí)現(xiàn)碳中和的一種有吸引力的方式，特別是當(dāng)與太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源結(jié)合使用時(shí)。

　　水分裂涉及電解電池中的水的分解，在施加電壓的情況下，在陰極產(chǎn)生氫氣，同時(shí)在陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣。然而，在淡水中表現(xiàn)良好的析氫和析氧催化劑在海水中會(huì)變得不那么有效，因?yàn)榇罅康碾x子會(huì)促進(jìn)不必要的反應(yīng)和催化劑中毒。

　　海水中具有強(qiáng)腐蝕性的氯離子發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)，與氧氣的生成競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)生有害化合物，如次氯酸鹽。因?yàn)闅錃獾纳a(chǎn)取決于在兩個(gè)電極上穩(wěn)定和有效的反應(yīng)，這些離子是海水裂解的主要挑戰(zhàn)。

　　化學(xué)家張華斌(音譯)解釋說，次氯酸鹽的生成是因?yàn)樗枰任鲅醴磻?yīng)更低的操作電壓來滿足工業(yè)需要。

　　解決這一問題的一種方法是設(shè)計(jì)具有較低電壓要求的選擇性陽(yáng)極催化劑。鎳銥單層陽(yáng)極催化劑由于其金屬組分間的協(xié)同作用，在海水中的性能和穩(wěn)定性得到了提高。

　　張的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種方法，為海水裂解提供高效、穩(wěn)定的析氫電催化劑。研究人員創(chuàng)建了微型立方反應(yīng)堆，其中催化劑被包裹在硫化鉬保護(hù)殼中。該催化劑核心由碳支持的鉬基氧化還原活性化合物組成，具有沸石樣有序納米孔結(jié)構(gòu)。

　　利用基于金屬有機(jī)框架的方法，研究人員將金屬配合物前驅(qū)體與連接劑結(jié)合，并在表面活性劑的存在下生成類似沸石的鋅鉬立方。他們將得到的結(jié)構(gòu)與硫代乙酰胺在乙醇中回流混合，形成一個(gè)封閉在薄硫化鋅殼中的立方氧化鉬相。

　　接下來，在選擇性蝕刻硫化鋅外層以產(chǎn)生納米反應(yīng)器之前，他們?cè)诟邷叵聦⒘⒎较嗖牧限D(zhuǎn)化為所需的硫化鉬包封的氧化還原活性化合物。

　　該納米反應(yīng)器在淡水和海水中均表現(xiàn)出較高的電催化活性和穩(wěn)定性。

　　化學(xué)家張華斌(音譯)說：

　　“其顯著的活性和穩(wěn)定性歸功于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。”

　　“內(nèi)核顯示出大量的活性位點(diǎn)，這些活性位點(diǎn)促進(jìn)了氫氣的產(chǎn)生，外殼層中出現(xiàn)了一些亞納米大小的孔，允許水分子滲透并進(jìn)入內(nèi)部活性位點(diǎn)。”

　　“相當(dāng)于一件鎖子甲，外殼也能阻止和防止鹽沉積在活性部位。”

　　納米反應(yīng)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)將電解與副反應(yīng)隔離開來。張說：“與智能住宅類似，主要反應(yīng)發(fā)生在房間里，而副反應(yīng)發(fā)生在后院。”

　　他們的研究結(jié)果發(fā)表在《化學(xué)催化（Chem Catalysis）》雜志上。

　　研究人員目前正在設(shè)計(jì)具有特定配置的先進(jìn)催化劑，以在海水裂解過程中實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)的能量轉(zhuǎn)換。

　　他們還在研究催化過程中反應(yīng)中心的結(jié)構(gòu)演變和行為，以獲得對(duì)海水裂解技術(shù)的深入了解，為未來的發(fā)展和大規(guī)模商業(yè)化提供基礎(chǔ)。