在绿色氢方面，立方体比球体更好

迄今为止，纳米颗粒作为绿色氢的催化剂就像赛艇中的赛艇一样:研究人员只能测量它们的平均性能，但无法确定哪一种是最好的。随着德国鲁尔大学电化学和纳米材料系主任Kristina Tschulik教授领导的小组开发出一种新方法，这种情况已经发生了改变。在与杜伊斯堡-埃森大学的研究人员合作中，她成功地证明了立方体形状的氧化钴纳米颗粒比球形纳米颗粒更有效。这为系统设计具有成本效益和高效的绿色氢气催化剂铺平了道路。研究人员在《先进功能材料》杂志上发表了这项研究。2023年1月。

如何使电解具有竞争力

为了应对气候变化，世界必须减少二氧化碳排放。为此，从石油和天然气中获得的所谓“灰色氢”在今天被广泛使用，而来自可再生能源的“绿色氢”正在努力取代它。绿色氢可以通过电解产生，电解是一种用电将水分解成氢和氧的过程。然而，要使电解成为一种有竞争力的方法，仍然需要解决几个挑战。目前，水裂解工艺的效率有限，且没有足够强效、耐用和高性价比的催化剂。“目前，最活跃的电催化剂是基于稀有和昂贵的贵金属铱，钌和铂，”Kristina Tschulik列出。“因此，作为研究人员，我们的工作是开发不含贵金属的新型高活性电催化剂。”

她的研究小组研究了比人类头发小一百万倍的贱金属氧化物纳米颗粒形式的催化剂。它们在工业规模上制造，形状、大小和化学成分各不相同。“我们使用测量来检查所谓的催化剂油墨，其中数十亿个颗粒与粘合剂和添加剂混合在一起，”Kristina Tschulik概述道。这种方法只允许研究人员测量平均性能，而不能测量单个粒子的活动——这才是真正重要的。波鸿鲁尔大学分析化学博士后研究员Hatem Amin博士说:“如果我们知道哪种颗粒形状或晶体面(指向外的表面)是最活跃的，我们就可以专门制造出具有确切形状的颗粒。”

纳米粒子竞赛的赢家

该研究小组开发了一种直接分析溶液中单个粒子的方法。这使他们能够相互比较不同纳米材料的活性，以了解颗粒性质(如形状和组成)对水分解的影响。“我们的研究结果表明，单个立方体形式的氧化钴颗粒比球体更活跃，因为后者总是有其他几个活性较低的面。”

理论证实实验

波洪小组的实验发现得到了杜伊斯堡-埃森大学Rossitza Pentcheva教授领导的合作伙伴的证实，该合作伙伴是Transregio 247合作研究中心的一部分。后者的理论分析表明了活性催化剂区域的变化，即从钴原子被氧原子包围形成八面体到钴原子被四面体包围。Kristina Tschulik总结道:“我们对颗粒形状和活性之间相关性的深入研究为基于知识的可行催化剂材料设计奠定了基础，从而为我们的化石能源和化学工业向基于可再生能源和高活性、持久催化剂的循环经济转型奠定了基础。”

参考:刘志刚，刘志刚，彭艳，刘志刚，刘志刚，刘志刚，刘志刚。单纳米Co3O4纳米颗粒在析氧反应中的表面活性板牙,1/2023)。Adv功能垫．2023; 33(1): 2370006。doi:10.1002 / adfm.202370006

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