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以可再生能源為動力的電解制氫被認為是改善全球氣候和能源問題的一種環(huán)境友好的手段。在《Angewandte Chemie》雜志上，一個研究小組現(xiàn)在介紹了一種新穎、廉價的電極材料:多孔、磷化的CoNi2S4蛋黃殼納米球，它可能提供高效、節(jié)能的制氫技術(shù)。
不幸的是，水電解的兩種半反應——氫和氧的演化——都很慢，而且需要大量的能量。催化有效電極，特別是貴金屬電極，可以加速電化學過程，提高其能源效率。然而，由于成本高、豐度有限和穩(wěn)定性差，阻礙了它們的大規(guī)模使用。以大量廉價金屬為基礎(chǔ)的替代品通常對兩種半反應都不能令人滿意地工作。
由中國河南師范大學(Shuyan Gao)和新加坡南洋理工大學(Nanyang Technological University, Singapore)的團隊現(xiàn)在開發(fā)了一種新型、廉價、多功能的電極材料，以鈷(Co)和鎳(Ni)為基礎(chǔ)，用于高效電催化制氫。采用水熱硫化和氣相磷化相結(jié)合的方法制備鈷鎳甘油酯納米球。這就形成了由磷摻雜鈷鎳硫化物(P-CoNi2S4)制成的蛋黃殼納米顆粒。這些小球體有著緊湊的內(nèi)核和多孔的殼，殼與殼之間有空隙——就像蛋黃被蛋清包圍著，所以不接觸殼一樣。
磷摻雜增加了中空粒子中Ni3+相對于Ni2+的比例，并允許更快的電荷轉(zhuǎn)移，使電催化反應運行更快。該材料可作為陽極或陰極使用，在電解水生產(chǎn)氫和氧方面表現(xiàn)出高的活性和穩(wěn)定性。
為了降低電解池的整體電壓，混合電解的概念也在研究中。例如，氫氣的產(chǎn)生可以與尿素的氧化反應相結(jié)合，而不是與氧氣的產(chǎn)生相結(jié)合，這需要的能量要少得多。尿素的來源包括工業(yè)合成廢水和生活污水。新的納米顆粒對這種半反應也非常有用。
水和尿素電解都需要相對較低的電池電壓(分別為1.544 V或1.402 V，在10 mA cm-2下超過100小時)。這使得這種新的雙金屬蛋黃殼粒子優(yōu)于大多數(shù)已知的硫化鎳甚至貴金屬電催化劑。它們?yōu)殡娀瘜W制氫以及處理含尿素廢水提供了一種有前途的方法。
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