瑞典研究人员用氧化铁纳米管结构的电极提高制氢效率

瑞典研究人员发现了一种利用电催化从水中生产氢气的有效新方法。旧的方法采用铂电极，铂电极是昂贵并且稀有的。新方法使用了具有氧化铁纳米管结构的电极。这项研究是由 Ulf Helmersson教授主导的。

林雪平大学（Linköping University）等离子体和涂层物理研究小组生产纳米材料的薄膜。研究人员使用了一种被称为“脉冲等离子溅射”的技术制造了这种薄膜。溅射是工业和研究中常用的镀膜方法。在电离气体的帮助下，原子被喷溅到样品室的衬底上，形成薄薄的一层膜。LiU的研究人员进一步发展了这项技术，并使用了高频的等离子体脉冲，溅射原子并让纳米粒子生长。漂浮在空气中的纳米粒子堆叠生长。

等离子体和涂料物理学博士生Sebastian Ekeroth进行了一项实验，在此实验中材料在错误的位置形成并生长。他回忆在显微镜下观察到的现象，有碎片堆叠在样品室，并看到了一堆纠结的纳米线。教授Ulf Helmersson意识到这一发现的重要性，并建立了一个基于铁磁纳米结构的新研究领域。

世界各地的研究人员对铁磁性纳米粒子及其生产方式越来越感兴趣，特别是在各种类型的溶液中。这些磁性材料对于能量储存（尤其是对可再生能源的储存，催化和化学品的合成变得越来越有吸引力。

LiU的团队与于默奥大学大学（Umeå University）的研究人员合作开发了一种利用脉冲等离子体溅射控制铁磁纳米结构生成的方法。 成果发表在Nano Letters（“Catalytic Nanotruss Structures Realized by Magnetic Self-Assembly in Pulsed Plasma”）中。在这种情况下，Sebastian Ekeroth使用电离氩引入带有铁阴极和不锈钢阳极的腔室中。 从阴极溅射铁原子并形成直径约20nm的纳米颗粒。 施加的磁场使得本质上具有磁性的铁颗粒聚集在一起，并在纸和金属表面上形成稳定且明确的桁架结构。

当结构暴露在空气中时，具有所有角度和节点的完整结构被一层厚度为2nm的氧化铁覆盖。Sebastian Ekeroth说：“铁颗粒彼此钩住的方式给出了非常稳定的结构。电解液中的环境可能非常剧烈。如果要保持电导率直到过程结束，最重要的是结构不会破裂。”

该方法也可用于大面积。Ulf Helmersson说：“该方法适用于大面积三维材料的应用。”研究人员在Nanoletters的文章中描述了他们如何成功地在导电表面上使用氧化铁纳米结构的阴极。一层碳纸将水分解成氢气和氧气。

与铂制成的昂贵电极相比，该电极具有许多优点。新电极重量轻，可以弯曲，具有高容量，并且仅由无污染廉价的材料构成，即铁，氧和碳。

氢气具有高能量含量。当氢中的化学能在燃料电池中转化为电能时，形成的唯一废产物是水。出于环境原因，燃料电池正得到广泛的关注。然而，目前生产的氢气中有96％来自不可再生资源。

Ulf Helmersson说：“此材料在氢的生产是一个重要的应用，但我们也在关注其他领域，如电池中的电极、超级电容器，以及光催化中的使用。”


原文来自：nanowerk，原文题目：Hydrogen from water in iron nanotruss structures，由材料科技在线团队翻译整理。