新技術(shù)讓尿素制氫不再只是白日夢

研究人員發(fā)現(xiàn)，鎳和鈷可能是生產(chǎn)過程的關(guān)鍵。來自美國伍徹斯特理工學(xué)院（Worchester Polytechnic Institute）的研究人員正在研究從尿素中制氫，并開發(fā)出一種由鎳和鈷原子組成的材料，該材料具有精心定制的電子結(jié)構(gòu)，可以將尿素從水中去除，從而將其轉(zhuǎn)化為氫氣。

尿素是什么，為什么用它來生產(chǎn)氫？

尿素是一種低成本的氮肥。它也是人體代謝產(chǎn)生的天然化學(xué)廢物。據(jù)氫氣生產(chǎn)研究背后的科學(xué)家稱，僅在2021年，全球估計(jì)就生產(chǎn)了1.8億噸尿素。然而，富含尿素的農(nóng)業(yè)徑流和城市污水排放對水生環(huán)境和人體健康有害，因?yàn)樗鼤?huì)引起水體富營養(yǎng)化——導(dǎo)致有害藻華和缺氧。

然而，尿素的獨(dú)特特性使其成為一種潛在的儲(chǔ)氫介質(zhì)，能夠提供可行的按需制氫。科學(xué)家們提到的一個(gè)例子是，尿素?zé)o毒，水溶性高，氫含量高(重量比6.7%)。因此，與傳統(tǒng)的水電解相比，尿素電解制氫具有更經(jīng)濟(jì)、更節(jié)能的潛力。

研究人員的制氫方法允許他們選擇性地氧化尿素。尿素電解是尿素制氫的必要條件。從尿素制氫的主要挑戰(zhàn)是缺乏廉價(jià)和高效的選擇性氧化尿素而不是水的電催化劑。

也就是說，科學(xué)家們通過創(chuàng)造電催化劑找到了解決問題的方法，這種電催化劑由鎳和鈷原子協(xié)同作用，具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)，用于選擇性尿素電氧化。

研究小組使用由鎳和鈷原子組成的具有精細(xì)電子結(jié)構(gòu)的材料，可以使這些過渡金屬氧化物和氫氧化物在電化學(xué)反應(yīng)中選擇性地氧化尿素。

研究人員的發(fā)現(xiàn)可能有助于利用廢物流中的尿素通過電解過程高效制氫。此外，它還可以用于從水中隔離尿素，這可以支持維持生態(tài)系統(tǒng)的長期可持續(xù)性，并徹底改變氫能。

科學(xué)家們關(guān)于他們基于尿素制氫的研究論文發(fā)表在《物理化學(xué)快報(bào)-The Journal of Physical Chemistry Letters》上。