海水制氢,前景诱人,难点却在海水里的盐。氯离子会腐蚀电极材料,让设备很快报废。最近,兰州大学和华南理工大学的研究人员找到了一个新办法。他们在催化剂中加入磷元素,结果这种新材料在海水里不但反应更快,而且不怕氯离子腐蚀。
兰州大学材料与能源学院教授彭勇、青年研究员胡阳与华南理工大学教授李映伟带领的团队,把目光投向了一种叫“金属有机框架”的多孔材料。这种材料像用金属原子和有机分子搭成的脚手架,内部孔隙很多,表面积大,很适合做催化反应的载体。他们在搭建这个“脚手架”时,加入了4-膦酰基苯甲酸含磷的分子,得到了一种新型含磷材料。
这种材料放入海水开始工作后,会自动发生变化,表面生成一层含有磷酸根的物质。这层物质有两个作用,一是抓住乙醇分子,把它们拉到催化剂表面,让反应速度加快;二是磷酸根和氯离子都带负电,同性相斥,氯离子无法靠近催化剂表面,腐蚀也就无从发生。相当于给催化剂装了一个自动防盐罩,一边工作一边防腐蚀。
以往防腐蚀,要么给材料涂保护层,要么用贵金属,成本高效果也有限。这次的做法不同,从材料内部的分子结构入手,让催化剂在工作中自己长出保护层。该研究还可以用到海水燃料电池、海水二氧化碳还原等领域。虽然距离大规模工业应用还有距离,但至少为海水制氢开辟了一条新路。
