蓋世汽車(chē)訊 化石燃料不僅是不可再生能源，同時(shí)也是全球變暖和空氣污染的主要原因之一，因此很多科學(xué)家寄希望于氫燃料。氫是一種清潔燃料，而且能量密度非常高，但如何有效地生產(chǎn)大量氫氣，仍是一項(xiàng)艱巨的技術(shù)挑戰(zhàn)。

（圖片來(lái)源：東京工業(yè)大學(xué)）

水分解是最常用的制氫方法之一。在這一過(guò)程中，由鉑、釕和銥等貴金屬制成催化劑性能表現(xiàn)優(yōu)異，但成本過(guò)高。問(wèn)題在于，在關(guān)鍵的析氧反應(yīng)(OER)中，如果采用由儲(chǔ)量豐富的金屬制成的電催化劑，效率又太低。

據(jù)外媒報(bào)道，日本東京工業(yè)大學(xué)（Tokyo Institute of Technology）的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種電催化劑材料——氧化鐵鈣(CaFe2O4)，可用水分解過(guò)程，并且極具成本效益。在OER反應(yīng)中，鐵氧化物表現(xiàn)平平，但之前的研究表明，與其他金屬結(jié)合后，其性能可提高至實(shí)際可用的水平。研究人員Yuuki Sugawa博士表示：“我們想要揭示CaFe2O4的潛力，并通過(guò)與其他鐵基雙金屬氧化物進(jìn)行比較，闡明促進(jìn)其OER活性的關(guān)鍵因素。”

該團(tuán)隊(duì)為此測(cè)試了六種鐵基氧化物，包括CaFe2O4在內(nèi)。結(jié)果顯示，CaFe2O4的OER性能遠(yuǎn)高于其他雙金屬電催化劑，甚至高于常用的氧化銥。此外，測(cè)試表明，這種材料具有耐久性，在測(cè)試循環(huán)后沒(méi)有出現(xiàn)明顯的結(jié)構(gòu)和成分變化，而且電化學(xué)電池中CaFe2O4電極的性能仍然很高。

為了解這種電催化劑性能優(yōu)異的原因，科學(xué)家利用密度泛函理論進(jìn)行計(jì)算，并發(fā)現(xiàn)了一種非常規(guī)催化機(jī)理。這表明CaFe2O4為氧鍵的形成提供了一條能量可行性途徑，這是OER中的一個(gè)限制性步驟。雖然還需要更多的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行證實(shí)，但結(jié)果表明，多個(gè)鐵位點(diǎn)之間的距離很近起到了關(guān)鍵作用。

Sugawara博士表示，新發(fā)現(xiàn)的OER電催化劑將帶來(lái)根本性改變。“CaFe2O4具有許多優(yōu)點(diǎn)，比如易于合成且成本低，對(duì)環(huán)境影響少。預(yù)計(jì)將是很有前景的水分解OER電催化劑，為開(kāi)發(fā)能源轉(zhuǎn)換設(shè)備開(kāi)辟新途徑。此外，在CaFe2O4中發(fā)現(xiàn)的新OER增強(qiáng)機(jī)理，可用于其他有用催化劑的工程設(shè)計(jì)。”

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