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据外国媒体报道，美国能源部国家加速器实验室和斯坦福大学的研究人员首次证明，有一种廉价的催化剂可以在商业设备的恶劣环境中分解水并产生氢气长达数小时。

电解技术基于质子交换膜(PEM)，具有利用可再生能源大规模生产氢气的潜力。由于用于提高化学反应效率的铂、铱等金属催化剂成本高，在一定程度上限制了氢气的大规模生产。

领导该研究小组的托马斯·哈拉米略说:“氢是一种非常重要的工业化学品，可以用来生产燃料、肥料等。氢也是一种清洁的高能分子，可用于燃料电池或储存太阳能和风能等可变能源产生的能量。而且可以用于汽车行业，有利于减少温室气体的排放。然而，现在大部分氢都是由化石燃料产生的，这增加了大气中的二氧化碳含量，所以我们需要找到一种成本有效的方法，从清洁能源中生产氢。”

从昂贵的金属到廉价丰富的材料

多年来，人们一直致力于开发质子交换膜水电解制氢系统贵金属催化剂的替代品。许多替代品已经被证明在实验室环境中有效。然而，据说研究者开发的催化剂是第一次在商业电解槽中显示出高性能。该设备由位于康涅狄格的质子交换膜电解研究基地和工厂生产，由世界上最古老和最大的电解设备制造商耐氢公司使用。

电解的工作原理非常类似于电池的反作用，也就是说，电不是用来发电，而是用来把水分解成氢和氧。使用不同的贵金属催化剂，氢和氧反应可以在不同的电解质上发生。根据这一原理，SLAC和斯坦福大学的科学家制造了一种由沉积在碳上的磷化钴纳米颗粒组成的催化剂，这是一种黑色粉末。然后，耐尔氢团队用催化剂代替产氢侧电解质上的铂催化剂。像其他催化剂一样，这种催化剂可以将其他化学物质聚集在一起，促进它们的反应。

磷化钴催化剂在整个测试过程中表现非常好(超过1700小时)，表明它可以用于日常化学反应，即可以在温度、压力和电流密度升高的极端酸性条件下长时间工作。

本研究最重要的目标之一是实现磷化钴催化剂的大规模生产，同时确保相同的质量，即从实验合成的起始材料，用研钵和研杵研磨，使其进入烘箱烘烤，最后将精细的黑色粉末转变成一滴墨水，喷洒到多孔碳纸上。整个过程需要保证质量稳定。最终获得的大尺寸电极将被放入电解槽中进行制氢试验。

尽管铂催化剂仅占质子交换膜电解水制氢总成本的8%，但贵金属市场波动非常剧烈，可能会阻碍该技术的发展。然而，随着质子交换膜水电解制氢技术的不断改进，以满足燃料电池和其他应用对氢气日益增长的需求，降低和稳定其成本将变得越来越重要。(本文中的所有图片均来自美国航天航空局国家加速器实验室)

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