技术创新 | 绿氢的未来：MXene材料助力高效水分解催化

绿色氢气被视为未来的清洁能源储存和利用解决方案之一。它的生产方式是通过电解水，将水分解成氢气和氧气，在这个过程中只需要使用可再生能源如太阳能或风能，从而实现气候中和的目标。然而，氢气的生产效率一直是影响其大规模应用的关键因素，其中氧析出反应（OER）是电解过程中最具挑战性的步骤之一，需要高效、稳定的催化剂来促进反应。

当前用于氧析出反应的常用催化剂是金属氧化物，如镍氧化物。尽管镍氧化物催化剂价格低廉且容易获得，但其在碱性环境中的稳定性较差，容易发生腐蚀，并且导电性能也较差。这些缺点限制了其在水分解制氢方面的应用，影响了电解器的性能和寿命。

近日，由HZB化学家Michelle Browne领导的国际团队，发现了一种全新的催化剂材料MXene，可以显著提高水分解过程中氧析出反应的效率。MXene是一种由金属（如钛或钒）与碳和/或氮构成的层状材料，具有巨大的内表面积。这一特性使其在电荷储存和催化领域具有广阔的应用前景。

为了进一步提高MXene的催化性能，该团队通过将铜和钴氢氧化物附着在MXene表面，对其进行了化学功能化处理。在初步实验中，这种功能化的MXene催化剂表现出比纯金属氧化物化合物更高的效率。此外，这些催化剂在电解水的连续操作中未出现任何降解，反而随着时间的推移表现出更好的性能和稳定性。

为了揭示MXene催化剂出色性能的原因，研究团队在BESSY II X射线源进行了深入研究，利用多种X射线表征技术探究材料的微观结构和性质。这些实验结果显示，MXene的外表面与内部结构存在显著差异，有助于提高氧析出反应的活性。

MXene作为绿色氢气生产的催化剂展现出了巨大的潜力。这一材料不仅提高了水分解的效率和稳定性，也为开发低成本、高性能的电解水制氢设备提供了可能。展望未来，研究团队计划进一步对MXene催化剂进行化学改性，并在传统电解器中对其性能进行测试，以推动绿色氢气的大规模生产与应用。

总而言之，MXene材料作为一种高效、稳定的氧析出反应催化剂，有望在绿色氢气的制备中发挥关键作用，为实现清洁能源的可持续发展提供新的解决方案。

来源：drivingeco.com