該項研究來自日本，研究人員使用一種非常規(guī)技術對水分解催化劑的活性進行了可靠的評估。

電解水或“水電分裂”最近受到了極大的關注，因為它有可能成為未來經(jīng)常被吹捧的燃料氫的清潔來源。

然而，有兩個問題長期存在：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，即在電極上施加不斷變化的電壓，并監(jiān)測產(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，因此測量的電流讀數(shù)可以用來確定電催化劑對電解反應速度的影響。

然而，這些技術的一個明顯的缺點是，它們不能準確地記錄電催化劑的“穩(wěn)態(tài)”響應，因為它沒有經(jīng)歷一個特定的施加電壓足夠長的時間來這樣做。因此，經(jīng)常會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。



在一項新的研究發(fā)表在《電化學學會的助理教授Sengeni Anantharaj從早稻田大學，日本博士和他的合作者Subrata茶室CSIR-Central電化學研究所，印度，和Suguru野田佳彥教授從早稻田大學現(xiàn)在已經(jīng)找到一種方法解決這個問題，演示了一種稱為“采樣電流伏安法”(SCV)的交替技術，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。

Anantharaj在談到他的動機時說:“對于所有的能量轉換反應來說，準確地篩選催化劑和開發(fā)新的催化劑一樣重要。”“我們的工作強調了一種方法，可以精確測量電催化活性，這在以前的傳統(tǒng)瞬態(tài)技術中是不可能的。”

在應用SCV技術之前，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“計時安培法”(CA)的穩(wěn)態(tài)技術，這是所有耗時的、在恒定電壓下測量電流的最精確的方法，并將其與LSV獲得的值進行比較。

為了確定電解中使用的電催化劑的活性，他們測量了產(chǎn)氧和產(chǎn)氫半電池反應的當前讀數(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肧CV技術，記錄在不同固定電壓下從穩(wěn)態(tài)CA響應獲得的電流密度。Anantharaj解釋說:“為了驗證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，在此期間SS界面能夠達到穩(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反應的電催化劑的準確篩選。

Anantharaj評論道：“通過解決從實驗室推廣到實際過程中催化劑性能損失這一長期存在的問題，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。”