100 多年前，科学家们发现了如何将水转化为氢气——一种备受追捧的绿色能源，被称为“未来的燃料”。
尽管取得了这一突破，但氢并没有成为主要的燃料来源。将水分解成氢气可能效率低下且成本高昂，而且称为电解的转化过程仍不完善。
现在，德克萨斯大学埃尔帕索分校的工程师提出了一种低成本的镍基材料，以帮助更便宜、更有效地分解水。他们的灵感?一种被称为仙人掌的沙漠多肉植物。该材料在ACS Applied Materials & Interfaces杂志的一篇新论文中有所描述。
“这是实验室中受自然启发的设计，”领导这项研究的UTEP 机械工程教授Ramana Chintalapalle 博士说。“这种植物具有广阔的表面，可以吸收水分并在极端环境中生存。我们想，'我们如何才能将其纳入我们的研究?'”
氢问题
电解是用电和电催化剂分解水的过程——电催化剂是一种可以加速任何化学反应的材料。目前分解水的技术严重依赖铂作为催化剂，这有其缺点。
“铂金是用于帮助分解水的主要材料，但它非常昂贵——比黄金还贵——而且由于其价格，大规模使用它是不可行的，”Chintalapalle 解释道。“我们需要一种在经济上更可行的催化剂，这样每个国家都可以合理地采用氢气。”
一个棘手的解决方案
Navid Attarzadeh 在前往 UTEP高级材料研究中心实验室时首先注意到了仙人掌。该团队一直在探索镍作为铂金的催化替代品，铂金是一种地球上储量丰富且比铂金便宜 1,000 倍的金属。
然而，镍在将水分解为氢方面并不那么快速有效。
“每天，我都路过这同一株植物，”环境科学与工程博士生 Attarzadeh 说。“我开始将它与我们的催化剂问题联系起来。引起我注意的是叶子和果实与其他沙漠植物相比有多大;仙人球的表面积非常大。”
就在那时，Attarzadeh 有了一个主意。如果他们设计一种仙人掌形状的 3D 镍基催化剂会怎么样?更大的表面积可以容纳更多的电化学反应——比镍通常能产生更多的氢。
该团队迅速设计出人眼看不见的纳米级结构，并将其用于测试。
“我们测试了催化剂反复分解水的能力，并取得了良好的效果，”Chintalapalle 说。
他补充说，这是一项基础性发现，该过程需要进一步完善，但这是朝着正确方向迈出的一步。
Chintalapalle 说：“氢气可以改变我们国家的能源技术，而不会产生温室气体排放。” “我们的碳足迹可以消除;我们需要继续追求这一点。”
该研究项目得到了国家科学基金会的资助。
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