筑波大学的研究人员在制氢过程中使用了普通金属。它们是在严重的氧化和高压下使用的，这可能会降低成本，增加氢燃料的可持续性。
氢是一种很有前途的可持续燃料，尤其是从水中产生的。然而，制氢所需的贵金属催化剂稀有、昂贵，而且储量不足。
现在，发表在《先进材料》上的一项研究详细说明了研究人员是如何开发出能够克服贵金属局限性的催化剂的。
贵金属的替代解决方案
氢是一种高能分子，可以成为未来的可再生燃料，因为燃烧它只会产生水。然而，目前大多数制氢过程都来自化石燃料燃烧。
从水中制氢对环境的可持续性要高得多，但实现这一目标所需的金属催化剂——如铂和铱——既稀缺又昂贵，而且在恶劣的酸性条件下无法达到提高能源效率所需的效果。
因此，该团队研究了哪种金属可以作为制氢的替代品。令人惊讶的是，他们发现同时使用多种普通金属是有效的。
这个过程是如何运作的?
研究人员使用了高熵合金，这是由多种元素组成的混合物。其中一些合金可以用来产生大量的氢，而另一些则要经历一个叫作氧化的过程，从而使合金具有一定的抗腐蚀能力。
筑波大学的研究人员解释说：“显然，通过传统的自下而上的实验(每次改变和添加一种金属)来确定使用哪种金属的比例是相当耗时的。我们自上而下的方法不仅节省了时间，还为氢生产机制提供了宝贵的化学见解。”
他们的方法是首先将构成合金的9种元素均匀混合，然后在酸性介质中钝化表面，最后施加电压以促进表面结构的重新排列，从而优化催化剂的活性。
实验和理论计算确定了对催化活性有贡献的金属是铁、铬、镍、钴和锰，而对钝化有贡献的金属是钛、锆、铌和钼。
在实际的水电解实验中证明了高熵合金的优异性能和耐腐蚀性能。研究人员的研究为取代氢生产中极其稀缺的贵金属提供了新的可能性和新视角，特别是铱，它的全球年产量仅为7吨。随着全球电解水使用的激增，铱的需求预计将达到每千兆瓦700公斤。
研究人员解释说：“在析氢和析氧反应中，催化剂在每平方米10毫安的情况下显示出仅数百毫伏的过电压。此外，其卓越的性能在电化学循环测试中保持稳定，相当于在间歇性可再生能源(如太阳能)运行的水电解槽中持续使用三到四年。”
这项工作成功地证明了一种新的、不含贵金属的、经济可行的利用可再生能源从水中制氢的方法。
该方法具有成本效益，每公斤催化剂的成本仅为几百美元，适合大规模生产。高熵合金的应用将允许生产氢气、电池和其他需要昂贵金属的产品。
