美国科学家发现双金属催化剂可高效制氢

燃料电池主要以氢气为燃料，但将氢作为可持续能源首先遇到的障碍就是制氢方法。美国特拉华大学和哥伦比亚大学的研究人员已经发现了一种廉价、高效的电解水催化剂。

工业上通常使用甲烷蒸气重组反应。这需要天然气和大量的能量，而且产生二氧化碳，从而使氢燃料的生产在经济和环境上都要付出昂贵的代价。由电解水获得氢(在电解过程中低电流使氢原子与氧原子分离开) 而不是通过甲烷，需要的能量更少，产生氧气作为副产品，并使氢的生产更加可持续。该反应需要金属催化剂，协助电子转移，从而降低反应活化能。但是对析氢反应而言最好的催化剂是铂，由于铂太昂贵而无法大规模使用。

特拉华大学和哥伦比亚大学合作开发了一种突破性的铜和钛的结合，以这种方式来模仿铂催化剂的结构。这种催化剂是由两种廉价而丰富的元素组成，但其活性可与顶尖的铂催化剂比肩。新催化剂不仅降低了成本，而且使反应更快。

单独使用的铜和钛对析氢反应而言并不是很好的催化剂，但一旦结合起来，就在原子尺度上形成了一个独特的结构，类似于铂催化剂。此外，创建纳米多孔结构可以暴露出最多的活性位点，这些位点使反应能够发生。某些铜和钛原子的组合形成不反应的位点，降低了效率，所以原子的比例和位置是被严格控制的。

铜钛双金属催化剂支持自身结构，因此每次使用时它不需要构建，或负载到像碳一样的导电物质表面。这进一步减少了反应中的能量损失。

总之，这种新型催化剂为低价高效的催化剂取代昂贵的贵金属催化剂提供了新的机会。