研究人員開發了一種從可再生植物廢物中提取的催化劑，該催化劑具有加速清潔氫氣生產的巨大潛力。該材料是通過將氧化鎳和氧化鐵納米顆粒嵌入木質素碳纖維中而製成的。它創建了一種在析氧反應過程中提高效率和耐用性的結構。這是水電解的重要組成部分。
該研究發表於 生物炭X據報導，該催化劑在 10 mA cm² 電流下具有 250 mV 的低過載電位，並且在增加的電流密度下運行時可保持高度穩定性超過 50 小時。這些性能水平表明了大規模水分解中通常使用的貴金屬催化劑的低成本且可行的替代品。
“析氧是高效制氫的最大障礙之一，”廣東工業大學的作者秦彥林說。 “我們的工作表明，由木質素（造紙和生物精煉工業的低價值副產品）製成的催化劑可以提供高活性和卓越的耐用性。這是大規模製造氫氣的更環保、更經濟的途徑。”
將木質素轉化為碳框架
木質素是最豐富的天然聚合物之一。但它經常被燃燒以提供最小的能量回報。在這項工作中，該團隊利用靜電紡絲和熱處理將木質素轉化為碳纖維。這些纖維充當金屬氧化物顆粒的引導和支撐框架。由此產生的催化劑稱為 NiO/Fe3O4@LCF，它由氮摻雜碳纖維組成，可提供快速電荷傳輸。高表面積和強結構穩定性
顯微鏡顯示鎳和氧化鐵在碳纖維結構內形成納米級連接。該界面允許中間分子以最佳速率結合和分離，從而在析氧反應中發揮關鍵作用。將這些金屬氧化物與導電碳網絡配對可提高電子遷移率。並防止顆粒聚集在一起這是傳統賤金屬催化劑的常見問題。
通過高級測試驗證活動
電化學測量表明，該材料的性能優於僅含有一種金屬的催化劑。在現實電解系統所需的高電流條件下尤其如此。該催化劑還表現出每十年 138 mV 的塔菲爾斜率，表明反應動力學更快。來自原位拉曼光譜計算和密度泛函理論的額外證據支持了所提出的機制。這證實了設計的界面有效地驅動了氧氣的釋放。
使用廣泛可用的生物質進行可擴展設計
“我們的目標是開發一種不僅性能良好，而且能起到催化劑作用的催化劑。而且它還具有可擴展性，並且植根於可持續材料，”合著者薛慶秋說。 “由於木質素在世界各地大量生產，因此這種方法為更環保的工業製氫技術提供了一條現實的道路。”
這些發現凸顯了生物質衍生材料在能源轉換應用中的價值不斷增加。將可再生碳載體與精心設計的金屬氧化物界面相結合。它符合全球創造低成本、環保清潔能源技術的努力。
研究人員指出，該方法可以適應不同的金屬混合物和催化反應。這為基於豐富的自然資源設計下一代電催化劑開闢了新的機會。
