日本研究人员使用替代技术来确定催化剂的真正活性以寻找氢的清洁来源

该项研究来自日本，研究人员使用一种非常规技术对水分解催化剂的活性进行了可靠的评估。

电解水或“水电分裂”最近受到了极大的关注，因为它有可能成为未来经常被吹捧的燃料氢的清洁来源。

然而，有两个问题长期存在：大量的能量损失和电催化剂(用于电解的催化剂)的成本。幸运的是，几种新型电催化剂的出现，有可能解决这些问题。

传统上，新型电催化剂的筛选采用“线性扫描伏安法”(LSV)和“循环伏安法”(CV)等技术，即在电极上施加不断变化的电压，并监测产生的电流。由于这种电流取决于电极上发生的氧化或还原速率，因此测量的电流读数可以用来确定电催化剂对电解反应速度的影响。

然而，这些技术的一个明显的缺点是，它们不能准确地记录电催化剂的“稳态”响应，因为它没有经历一个特定的施加电压足够长的时间来这样做。因此，经常会记录大量的高电流读数，这并不能反映真正的催化活性，阻碍了高效电催化剂的发展和大规模工艺的推广。



在一项新的研究发表在《电化学学会的助理教授Sengeni Anantharaj从早稻田大学，日本博士和他的合作者Subrata茶室CSIR-Central电化学研究所，印度，和Suguru野田佳彦教授从早稻田大学现在已经找到一种方法解决这个问题，演示了一种称为“采样电流伏安法”(SCV)的交替技术，作为在恒定稳态施加电压下电催化性能的更可靠的指标。

Anantharaj在谈到他的动机时说:“对于所有的能量转换反应来说，准确地筛选催化剂和开发新的催化剂一样重要。”“我们的工作强调了一种方法，可以精确测量电催化活性，这在以前的传统瞬态技术中是不可能的。”

在应用SCV技术之前，研究人员分析了LSV产生的误差。为了显示电流值的偏差，他们使用了一种称为“计时安培法”(CA)的稳态技术，这是所有耗时的、在恒定电压下测量电流的最精确的方法，并将其与LSV获得的值进行比较。

为了确定电解中使用的电催化剂的活性，他们测量了产氧和产氢半电池反应的当前读数。在KOH(氢氧化钾)溶液中使用不锈钢(SS)电极、沉淀Co(OH)2(氢氧化钴)和铂箔作为催化剂，研究人员发现，LSV和CA的电流密度读数显著不同，在更高的电压下，差异更大。

使用相同的装置，他们然后应用SCV技术，记录在不同固定电压下从稳态CA响应获得的电流密度。Anantharaj解释说:“为了验证SCV的适用性，我们记录了SS电极在有规律地增加电压130秒内的CA响应，在此期间SS界面能够达到稳定状态。”

从采样的电流读数中，研究人员发现，与稳态CA技术相比，SCV的差异可以忽略，这表明SCV在正确判断不同电压下电催化剂的行为方面是可靠的。此外，虽然SCV在寻找水电分裂的合适电催化剂方面特别有用，但它也可以用于任何电化学反应的电催化剂的准确筛选。

Anantharaj评论道：“通过解决从实验室推广到实际过程中催化剂性能损失这一长期存在的问题，我们的工作可以加速大规模电解制氢在世界范围内的采用。”