據(jù)外媒報道，催化劑可以加速化學(xué)反應(yīng)，但是廣泛用于催化劑的金屬鉑不僅非常稀有，還非常昂貴。因此，荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)（Eindhoven University of Technology，TU/e）的研究人員與中國、新加坡和日本的研究人員合作，研發(fā)出一種活性高20倍的替代品：一種由鎳和鉑合金制成的空心納米催化劑。埃因霍溫理工大學(xué)研究人員Emiel Hensen希望未來利用該新催化劑研發(fā)一個大約10兆瓦、冰箱大小的電解槽。

到2050年，荷蘭政府希望利用太陽能或風(fēng)能等可持續(xù)能源，滿足荷蘭全國的能源需求。因為此類能源不是在任何時候都可使用，因此是否能夠存儲此類可再生能源非常重要。由于電池能量密度低，并不適合用于存儲大量能量。更好的解決辦法是利用化學(xué)鍵，氫就是最好的氣體化學(xué)鍵。利用水，電解槽會將（過量）電能轉(zhuǎn)化為可存儲的氫。燃料電池則相反，會將存儲的氫轉(zhuǎn)化為電能，不過，此兩種技術(shù)都需要催化劑來推動。

由于具備高活性，催化劑可幫助進行轉(zhuǎn)化，而且大多由鉑構(gòu)成。不過，鉑金屬非常昂貴，且相對稀缺，如果想要大規(guī)模利用電解槽和燃料電池，就會是一個障礙。TU/e催化學(xué)教授Emiel Hensen表示：“因此，中國的研究人員研發(fā)了一種鉑鎳合金，此種合金可以降低催化劑的成本，且增加活性。”有效催化劑的活性高，就可每秒將更多的水分子轉(zhuǎn)化成氫。

在燃料電池中成功進行了測試

除了選用其他金屬，研究人員還能夠?qū)π螒B(tài)做出重大改變。催化劑中的原子必須與水和/或氧分子鍵合，才能夠?qū)⑵溥M行轉(zhuǎn)化。因此，鍵合點越多，活性就會越高。Hensen表示：“必須創(chuàng)造盡可能大的金屬表面積，所研發(fā)的中空納米材料才能夠既從內(nèi)部進入，又從外部進入，創(chuàng)造出最大的表面積，讓更多材料可以同時發(fā)生反應(yīng)。”此外，Hensen還利用量子化學(xué)技術(shù)證明了納米材料的比表面結(jié)構(gòu)進一步增加了催化劑的活性。

在Hensen的模型中進行計算之后，發(fā)現(xiàn)與目前鉑催化劑的活性相比，鉑鎳合金支持的催化劑的活性高出20倍。研究人員還在燃料電池實驗中發(fā)現(xiàn)了同一結(jié)果，“很多對基礎(chǔ)研究的批評都是說此種研究是在實驗室中完成的，當(dāng)被應(yīng)用于真正的設(shè)備時，往往無效。不過，我們已經(jīng)證明此種新型催化劑有實際的應(yīng)用價值。”

催化劑必須具備穩(wěn)定性使其能夠在氫動力汽車或房屋中工作數(shù)年，因而，研究人員在燃料電池中對該催化劑進行了5萬次循環(huán)測試，發(fā)現(xiàn)其活性幾乎沒有下降。

此種新型催化劑的應(yīng)用范圍非常廣，既可以用于燃料電池，也可以用于電解槽中的逆反應(yīng)。例如，燃料電池可以用于氫動力汽車，而有些醫(yī)院也已經(jīng)采用氫燃料電池為應(yīng)急發(fā)電機供電。而電解槽可用于海上風(fēng)電場，甚至可以用于風(fēng)力渦輪機。運輸氫氣比運輸電力的成本低得多。

Hensen的夢想更大，他表示：“我希望我們能夠在每一個街區(qū)安裝該電解槽，該冰箱大小的設(shè)備在白天，可以從附近屋頂上的太陽能板上將所有能量以氫氣的形式存儲起來。未來，地下的天然氣管道可以輸送氫氣，家用集中供熱鍋爐將被燃料電池所取代，而燃料電池可將存儲的氫氣轉(zhuǎn)化成電能，就可以充分地利用太陽能了?！?/p>

不過為了實現(xiàn)這一點，還需要大力發(fā)展電解槽。與其他TU/e研究人員以及Brabant地區(qū)的工業(yè)伙伴一起，Hensen參與了埃因霍溫理工大學(xué)能源研究所的工作，目標(biāo)是將現(xiàn)有商用電解槽變成一個冰箱大小的電解槽，容量為10兆瓦。（文中圖片均來自埃因霍溫理工大學(xué)）

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