将水分解效率提高一倍的磁铁可能有助于实现氢经济

只需将一块普通的永磁体放在水分解反应堆的接触距离内，就可以使该过程的效率提高一倍。削减分解水所需的能源为氢的工业生产和以天然气为动力的经济开辟了道路，所有这些都由可再生能源提供动力。

非常聪明，彻底改变了水分解的游戏规则

罗恩·乃曼，魏茨曼科学研究所

水分解是生产氢的最可持续的方式，也可能成为不再依赖化石燃料的全球经济的基础。从水裂解中产生大量氢气的技术已经准备好了，但仍然比蒸汽甲烷重整(产生大量二氧化碳的过程)昂贵得多。

“我们的策略提高了水电解器的效率，”解释说José Ramón Galán-Mascarós他来自西班牙加泰罗尼亚化学研究所，领导了这项研究。“我们只需将永磁体靠近阳极，就能在低电位下产生氢气，这可以立即节省能源。此外，该团队使用了基于地球上丰富的金属的催化剂镍而且铁与其他需要贵金属的水分解方法不同。Galán-Mascarós表示，在实验室中，他们可以使用电解槽将生产氢气的效率提高100%(见视频)。在工业环境下，他预计效率将提高30-40%。

“为了发展可持续的能源经济，我们的目标是通过将水电解器与太阳能电池板或风车等可再生能源结合起来，生产可再生的氢，”解释说玛丽亚Escudero-Escribano他是丹麦哥本哈根大学的电催化研究人员。然而，由于这些可再生能源的低效率和间歇性，这通常是困难的。她补充说:“水电解器是一个很好的解决方案，因为它们允许我们通过在氢分子中形成化学键来储存能量。”

西班牙团队从观察阳极开始，水氧化到氧气发生。这种半反应需要大量的能量，通常是水分解的瓶颈。“现在，我们证明了磁场会增加水的氧化速率，这很容易实现，”Galán-Mascarós解释道。磁铁为产生氢气提供了另一个好处——铁氧体催化剂被强烈吸引到磁电极上，而不需要额外的粘合剂。

“改变游戏规则”

罗恩乃缦以色列魏茨曼科学研究所的分子电子学科学家说，这种新方法“非常聪明——彻底改变了水分解的游戏规则”。这要归功于一种叫做自旋极化的现象。“当你观察同一个分子中的两个电子时，它们可以具有平行自旋(称为三重态)或反平行(单线态)，”Naaman解释道。水分裂是一个受自旋限制的过程，因为你必须从水中产生三重态的氧，在那里它是处于单重态的。他说，这打破了规则。他指出，“但在这种情况下，磁电极接受了所有来自反应物的具有相同(平行)自旋的电子，这是轻松实现氧的三重态的关键。”

埃斯库德罗-埃斯克里巴诺说:“这种自旋控制效应正是自然界在光合作用中所起的作用。”“从自然界的催化剂中，我们还有很多需要学习的地方，这些结果对该领域非常有希望。”

以前曾提出过磁增强水氧化，但从未实现过。“之前的理论无法解释这种效应为什么或何时会出现，”他说Nuria洛佩兹他进行了计算研究。她说，建模使他们能够计算出所需的条件，以及第一排过渡金属将是获得水分解磁性增强的关键。该团队现在想研究磁铁是否能增强除水分解之外的反应，比如燃料电池中的氧还原和选择性电化学氧化。

研究人员希望这种提高氢气产量的方式可以扩大规模。Naaman说，这种磁铁很便宜，“在五金店就能买到，不是什么特别强的东西”。这意味着扩大过程应该很简单，因为产生所需450公吨的陶瓷磁铁很常见。López表示，尽管这项技术可能需要进一步的发展，但“我们已经与一些公司进行了一些讨论”。

Galán-Mascarós同意这一观点，并梦想建造能够就地生产氢气的氢气站，从而避免运输问题。他说，如果我们能让绿色氢变得价格合理且有利可图，那么从化石燃料向可再生能源的转变将不可阻挡。