該項(xiàng)研究來自日本，研究人員使用一種非常規(guī)技術(shù)對(duì)水分解催化劑的活性進(jìn)行了可靠的評(píng)估。

電解水或“水電分裂”最近受到了極大的關(guān)注，因?yàn)樗锌赡艹蔀槲磥斫?jīng)常被吹捧的燃料氫的清潔來源。

然而，有兩個(gè)問題長(zhǎng)期存在：大量的能量損失和電催化劑(用于電解的催化劑)的成本。幸運(yùn)的是，幾種新型電催化劑的出現(xiàn)，有可能解決這些問題。

傳統(tǒng)上，新型電催化劑的篩選采用“線性掃描伏安法”(LSV)和“循環(huán)伏安法”(CV)等技術(shù)，即在電極上施加不斷變化的電壓，并監(jiān)測(cè)產(chǎn)生的電流。由于這種電流取決于電極上發(fā)生的氧化或還原速率，因此測(cè)量的電流讀數(shù)可以用來確定電催化劑對(duì)電解反應(yīng)速度的影響。

然而，這些技術(shù)的一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是，它們不能準(zhǔn)確地記錄電催化劑的“穩(wěn)態(tài)”響應(yīng)，因?yàn)樗鼪]有經(jīng)歷一個(gè)特定的施加電壓足夠長(zhǎng)的時(shí)間來這樣做。因此，經(jīng)常會(huì)記錄大量的高電流讀數(shù)，這并不能反映真正的催化活性，阻礙了高效電催化劑的發(fā)展和大規(guī)模工藝的推廣。



在一項(xiàng)新的研究發(fā)表在《電化學(xué)學(xué)會(huì)的助理教授Sengeni Anantharaj從早稻田大學(xué)，日本博士和他的合作者Subrata茶室CSIR-Central電化學(xué)研究所，印度，和Suguru野田佳彥教授從早稻田大學(xué)現(xiàn)在已經(jīng)找到一種方法解決這個(gè)問題，演示了一種稱為“采樣電流伏安法”(SCV)的交替技術(shù)，作為在恒定穩(wěn)態(tài)施加電壓下電催化性能的更可靠的指標(biāo)。

Anantharaj在談到他的動(dòng)機(jī)時(shí)說:“對(duì)于所有的能量轉(zhuǎn)換反應(yīng)來說，準(zhǔn)確地篩選催化劑和開發(fā)新的催化劑一樣重要。”“我們的工作強(qiáng)調(diào)了一種方法，可以精確測(cè)量電催化活性，這在以前的傳統(tǒng)瞬態(tài)技術(shù)中是不可能的。”

在應(yīng)用SCV技術(shù)之前，研究人員分析了LSV產(chǎn)生的誤差。為了顯示電流值的偏差，他們使用了一種稱為“計(jì)時(shí)安培法”(CA)的穩(wěn)態(tài)技術(shù)，這是所有耗時(shí)的、在恒定電壓下測(cè)量電流的最精確的方法，并將其與LSV獲得的值進(jìn)行比較。

為了確定電解中使用的電催化劑的活性，他們測(cè)量了產(chǎn)氧和產(chǎn)氫半電池反應(yīng)的當(dāng)前讀數(shù)。在KOH(氫氧化鉀)溶液中使用不銹鋼(SS)電極、沉淀Co(OH)2(氫氧化鈷)和鉑箔作為催化劑，研究人員發(fā)現(xiàn)，LSV和CA的電流密度讀數(shù)顯著不同，在更高的電壓下，差異更大。

使用相同的裝置，他們?nèi)缓髴?yīng)用SCV技術(shù)，記錄在不同固定電壓下從穩(wěn)態(tài)CA響應(yīng)獲得的電流密度。Anantharaj解釋說:“為了驗(yàn)證SCV的適用性，我們記錄了SS電極在有規(guī)律地增加電壓130秒內(nèi)的CA響應(yīng)，在此期間SS界面能夠達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。”

從采樣的電流讀數(shù)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，與穩(wěn)態(tài)CA技術(shù)相比，SCV的差異可以忽略，這表明SCV在正確判斷不同電壓下電催化劑的行為方面是可靠的。此外，雖然SCV在尋找水電分裂的合適電催化劑方面特別有用，但它也可以用于任何電化學(xué)反應(yīng)的電催化劑的準(zhǔn)確篩選。

Anantharaj評(píng)論道：“通過解決從實(shí)驗(yàn)室推廣到實(shí)際過程中催化劑性能損失這一長(zhǎng)期存在的問題，我們的工作可以加速大規(guī)模電解制氫在世界范圍內(nèi)的采用。”