廉价的水裂解催化剂取代了珍贵的同类催化剂

裂解水生产氢是未来可再生能源的一个愿景。但是最好的催化剂是由最稀有、最昂贵的金属制成的，而廉价、丰富的金属催化剂在酸性环境中无法分解水。但是，将简单的碳糊状物添加到含有地球上丰富金属的多金属氧酸盐中，就创造出了第一种不仅能在水分解的恶劣酸性条件下存活，而且与昂贵的同类催化剂一样好。¹

研究人员目前正在努力开发能将水分解成氧气和质子的催化剂。最快、最稳定、最节能的水氧化催化剂含有氧化铱。但由于铱是地球上最稀缺的元素之一，它永远不会对清洁能源的生产做出重大贡献。

水氧化催化剂是由地球上丰富的钴、镍和锰等元素制成的。但最活跃的钴基和镍基催化剂在低pH值下溶解，在水氧化过程中自然产生的酸性条件下，氢的产生最容易和最快。今年早些时候，Daniel Nocera美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的一项研究报告了含锰的抗酸氧化钴薄膜。²研究人员继续寻找在低pH值下具有稳定性、丰度和活性的合适组合的催化剂。

现在由J R Galán-Mascarós西班牙加泰罗尼亚化学研究所(Institute of Chemical Research of Catalonia)的一名研究人员将含钴多金属氧酸盐(Co-POM)作为水氧化的酸性稳定催化剂。这种阴离子催化剂含有与无机磷钨酸配体结合的氧化钴核。研究人员将Co-POM沉淀为钡盐，然后将固体材料与碳糊混合形成电极。

接下来，研究人员研究了Co-POM电极在硫酸中的电化学性能。Co-POM电极比由氧化铱或氧化钴与碳糊混合制成的电极更节能。Co-POM电极在电流密度为1mA/cm时，额外消耗189mV的电位来启动水氧化反应²，而含氧化铱电极为379mV，含氧化钴电极为221mV。

钴氧化物催化剂通常会在这些反应条件下溶解，但碳糊——一种导电黑碳和碳氢润滑脂粘合剂的混合物——可以稳定它。使用疏水粘合剂来稳定催化剂的想法也可以扩展到其他水氧化催化剂，Galán-Mascarós说。但他指出，他们需要找到另一种粘结剂来提高电极的机械稳定性，因为碳糊会进入溶液中。

“含有钴的多金属氧酸盐和碳糊的组合看起来是一个有前途的新发展，”他说加里Brudvig他在美国耶鲁大学研究水氧化催化剂。由于已知含钴POMs可分解为氧化钴，他想知道这种材料中的催化活性物质是什么。Brudvig指出，表征催化剂在表面上的精确原子结构是该领域的一个持续挑战。