Nat. Commun.: 英、德、葡、匈联合开发出水制氢新方法

诸平

Fig. 1 Crystal structure and {MoTe}₆ polyhedra showing the building blocks of each polymorph. a monoclinic 1T′-MoTe₂ phase and b hexagonal 2H-MoTe₂ phase. Credit: Nature Communications，

doi.org/10.1038/s41467-019-12831-0 , www.nature.com/articles/s41467-019-12831-0

图1是来自《自然通讯》（Nature Communications）杂志发表的论文中的晶体结构和{MoTe}₆多面体显示每个多面体单元。a为单斜1T’-MoTe₂相，b为六角2H-MoTe₂相。

据英国格拉斯哥大学（University of Glasgow）当地时间2019年10月29日提供的消息，该大学的研究人员与葡萄牙、德国以及匈牙利等国大学的研究人员合作，开发出可以从水中更有效地提取氢以获取可再生能源的新方法。详见：Jessica C. McGlynn, Torben Dankwort, Lorenz Kienle, Nuno A. G. Bandeira, James P. Fraser, Emma K. Gibson, Irene Cascallana-Matías, Katalin Kamarás, Mark D. Symes, Harry N. Miras, Alexey Y. Ganin . The rapid electrochemical activation of MoTe₂ for the hydrogen evolution reaction. Nature Communications, 2019, volume 10, Article number: 4916. Published: 29 October 2019. doi.org/10.1038/s41467-019-12831-0 

参与此项研究的除了英国格拉斯哥大学化学学院（School of Chemistry, University of Glasgow）的研究人员之外，还有来自德国基尔大学材料科学研究所（Institute for Materials Science, University of Kiel）、葡萄牙里斯本大学（Universidade de Lisboa）以及匈牙利科学院（Hungarian Academy of Sciences）的研究人员。

科学家们表示，一种更有效地从水中提取氢的新方法，可能有助于以可持续燃料的形式支持可再生能源的获取。在2019年10月29日发表于《自然通讯》杂志上的论文,研究人员在文章中描述脉冲电流通过分层催化剂，其每毫伏电量产生的氢气几乎是通常电解水制氢量的两倍。

电解过程对任何一个在高中学过化学的人来说都很熟悉的，它是利用电流来分解水，也就是使水分子中的氢原子和氧原子之间的化学键遭到破坏，首先得到氢原子和氧原子，两个氢原子结合形成氢气分子，而两个氧原子结合形成氧气分子从水中逸出。如果电解过程中使用的电流，是通过风能发电或太阳能发电等可再生方式产生的，那么整个过程不会向大气中释放额外的碳，这样无疑对气候变化也没有如何贡献，必然不会造成大气污染即温室气体的排放。氢气可以作为零排放的清洁燃料，用于公共汽车、小汽车等交通工具或家庭供暖。

由英国、德国、葡萄牙以及匈牙利四国科研人员组成的研究团队，其研究重点是寻找一种通过电催化水裂解反应生产氢的更有效的方法。他们发现，当采用特定模式的大电流脉冲时，覆盖有碲化钼催化剂（molybdenum telluride catalyst，MoTe₂）的电极在电解过程中产生的氢气量增加。经优化通过酸性电解液的电流脉冲，他们可以将制造一定量的氢所需的能量减少近50%。

格拉斯哥大学化学学院的阿列克谢·加宁博士（Dr. Alexey Ganin）领导了该研究小组。加宁博士说:“目前，英国约1/3的能源需求其生产是通过可再生能源来满足的，而在苏格兰，这一数字约为80%。

“专家预测，我们很快就会达到一个临界点，生产的可再生电力将超过我们的消费需求。然而，就目前的情况来看，过剩的能源必须在生产时就加以利用，否则就会被浪费掉。开发一套稳健的方法来存储能量以供以后使用就显得至关重要。

“电池是一种方法，但氢是一个很有前途的选择。我们的研究为更有效、更经济地从电解中生产氢提供了一个重要的新视角，我们渴望探索这个有前途的研究途径。”

由于催化增强的程度是由电流控制的，机器学习的最新进展可以用来微调应用电流的正确顺序，以达到最大的产出。该团队的下一步是开发一种人工智能协议，以取代人力投入，以寻找在类似催化过程中最有效的电子结构。更多信息请注意浏览原文或者相关报道。

A new method of extracting hydrogen from water more efficiently to capture renewable energy

New catalyst outshines platinum for producing hydrogen

Abstract

The electrochemical generation of hydrogen is a key enabling technology for the production of sustainable fuels. Transition metal chalcogenides show considerable promise as catalysts for this reaction, but to date there are very few reports of tellurides in this context, and none of these transition metal telluride catalysts are especially active. Here, we show that the catalytic performance of metallic 1T′-MoTe2 is improved dramatically when the electrode is held at cathodic bias. As a result, the overpotential required to maintain a current density of 10 mA cm−2 decreases from 320 mV to just 178 mV. We show that this rapid and reversible activation process has its origins in adsorption of H onto Te sites on the surface of 1T′-MoTe2. This activation process highlights the importance of subtle changes in the electronic structure of an electrode material and how these can influence the subsequent electrocatalytic activity that is displayed.