X射線為改進制氫電極指明了方向

　　綠色氫預計將在未來的能源產業中發揮核心作用：它可以取代石油和天然氣作為能源載體，還可以實現鋼鐵和水泥的零排放生產。然而，為了實現高效的氫經濟，必須改善這種含能氣體的生產。來自DESY(Deutsches Elektronen Synchrotron，德國電子同步輻射加速器)、吉森李比希大學、隆德大學和哥本哈根大學以及埃爾蘭根-紐倫堡可再生能源亥姆霍茲研究所的研究人員現在已經在DESY的“PETRA III X射線光源”上研究了制氫電極的磨損機理。研究小組在美國化學學會(ACS)的催化雜志上報告說，這項分析為更耐用的電極指明了道路。

　　綠色的，或者說氣候中性的氫現在是用電解槽生產的。在可再生能源發電的幫助下，他們將水分解成氧和氫。為了使水分子分裂，電流必須通過反應性酸性溶液。為此目的，使用了非常耐腐蝕的電極，它也可以作為催化劑，并加速反應。其中一種材料是稀有貴金屬銥：在許多電解槽中，陽極被涂上一層薄薄的銥氧化物。問題是這些涂層會隨著時間的推移而磨損和腐蝕。這降低了設備的耐用性，使生產成本更加昂貴。

如果用于制氫的電極被特別均勻地涂上穩定的銥，它們就不會磨損得那么快。這一發現可以使水的電分裂(電解)更有效。

　　在PETRA III X射線的幫助下，研究人員對可能的磨損過程進行了更仔細的觀察。為了創造真實的環境，專家們將一層薄薄的氧化銥浸入電解液中，并施加電流。“然后，我們使用P21.2光束的聚焦X射線束，觀察了幾個小時內發生的事情，”來自吉森李比希大學的合著者Tim Weber解釋說。“基于測量數據，我們能夠精確地記錄這一層的厚度和粗糙度如何變化。”電解液很容易被X射線穿透，而且這種測量方法非?？?，甚至可以監測到快速的結構變化。

　　研究中檢測的氧化銥涂層質量特別好且均勻，因為它們是由吉森大學(University of Giessen)的赫伯特·奧弗(Herbert Over)團隊用高精度工藝生產出來的。“在我們的測量過程中，五納米厚的涂層幾乎保持不變，”來自DESY納米實驗室的合著者Vedran Vonk說。“厚度和晶體結構都沒有明顯的變化。”這些結果為工業提供了重要的線索：氧化銥涂層越好、越均勻，陽極越穩定、越耐用，電解槽的長期運行也越經濟。“只有當我們設法了解原子尺度上的腐蝕過程，我們才有機會尋找可以取代銥的材料，”領導這項研究的Over說。目前的結果是朝著這個方向邁出的重要一步。

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