2月11日，中國氫能源及燃料電池產業創新戰略聯盟正式成立，我國氫能及燃料電池產業加速發展，大規模商業化應用時代正在開啟。
全國政協副主席、科學技術部部長、中國科學技術協會主席萬鋼發表主旨演講表示：“氫能是高效清潔能源載體，具有許多無可比擬的特點。”
氫能被稱為21世紀的“終極能源”。國際氫能源委員會的調研報告顯示，預計到 2050 年，氫能源需求將是目前的10倍。不過，氫能源市場前景雖然光明且已有多個國家出臺了支持產業發展的政策，但在商用化道路上，如何廉價地大規模制氫等難題仍待破解。
高校作為科研主力軍，在推動氫能普及上一直走在前面，這次整理了近幾個月國內外高校在氫能源研究方面的技術突破，以饗讀者。
以下以技術突破發布時間為倒序，排名不分先后。
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1. 新型高產氫氣催化劑誕生 氫燃料電池成本有望降低
圖片來源：phys.org
桑迪亞國家實驗室和加利福尼亞大學主導了一項旨在降低氫燃料電池成本的研究，他們使用一種便宜的化合物構建了類似于植物葉子的不平坦表面。增大表面積有助于像鉑一樣有效地催化氫氣。該工作有助于更經濟地使用氫燃料汽車，因為排放的是水而不是一氧化碳或二氧化碳。
研究人員已申請了噴霧印花工藝的聯合專利，該工藝利用廉價的二硫化鉬。與其他二硫化鉬結構相比，漣漪“葉”增加的表面積產生了三倍的催化接觸點，創新點在于可以處理比鉑更高的溫度，而無需燒結和上膠。
2. 新型雙原子材料氫空燃料電池將已有最高活性提高20%
圖片來源：中國科學技術大學
iChEM研究人員、中國科學技術大學吳宇恩教授課題組與西安交通大學常春然副教授（通訊作者）等合作，成功利用雙溶劑法首次合成了一種雙原子Fe,Co固載在多孔的氮摻雜碳上的電催化劑，并將雙原子材料用于氫空燃料電池和氫氧燃料電池方面。該研究成果成功應用雙原子催化劑作為燃料電池的陰極催化劑，大幅度降低燃料電池中的催化層成本，為燃料電池的商業化發展提供了可能。相關研究成果已發布于《美國化學會志》。
吳宇恩教授課題組的研究成功實現0.98 W cm-2的氫氧燃料電池最高輸出功率，及0.51 W cm-2的氫空燃料電池最高輸出功率并穩定運行100小時以上。在目前已報道非Pt催化劑中，該雙原子材料的氫空燃料電池的性能最高，并將已有的最高活性提高20 %。
3.鎳、鐵、鈷也能制氫？研究人員利用太陽能分解水產生氫燃料
圖片來源：cnBeta.COM
加州大學洛杉磯分校研究人員設計了一種能夠利用太陽能來創造和儲存能量的新型裝置。該設備可以高效地創建和儲存能量，并可用于智能手機等電子設備，為汽車創造氫燃料。該研究被認為可以使氫氣車負擔得起，因為它可以使用鎳，鐵和鈷生產氫氣。這些元素比目前氫氣生產中使用的鉑和其他貴金屬要便宜得多。
該新型裝置具有第三電極以及氫燃料電池和超級電容器中常見的正極和負極。該第三電極充當用于儲存能量的超級電容器并且用作將水分解成氫氣和氧氣的裝置。且三個電極可連接到作為主電源的太陽能電池。
4. 可電解海水并收集氫能源的“太陽能浮動平臺”方案
圖片來源：cnBeta.COM
哥倫比亞大學的工程師們提出了一種提升效率和降低設備的氫氣制備裝置，該設備是一個可以漂浮在海面上的太陽能工作臺。研究人員開發出的不需要一層隔膜的電解水方案，意味著可以在海面上進行部署。相關研究成果已發布于《國際氫能》。
論文一作 Jack Davis 稱，在沒有隔膜的情況下，也能夠安全地演示這款設備，這讓電解海水的應用離我們又近了一步。充當“人工光合作用”的太陽能“發電機”，與自然界植物扮演了同樣的功效，該設備或許開啟了一種產生清潔、可再生能源的新機遇。
5. Hybrid-SOEC固態電解槽：制氫效率提升四倍
圖片來源：cnBeta.COM
韓國蔚山科學技術大學、韓國能源研究所及淑明女子大學的研究人員開發出了一套基于現有“固體氧化物電解槽”打造的更高效率的水電解系統——Hybrid-SOEC。該系統充分利用了固態電解槽的所有優點、提升了制氫的效率。相關研究成果已發布于《納米能源》。
Hybrid-SOEC 采用了由層狀鈣鈦礦物制作的混合離子導體和電極，在 1.5V 的電壓和 700 ℃（1292 ℉）的溫度下，每小時可生產 1.9 升（0.5 加侖）的氫氣，效率是現有系統的四倍以上。
6. 新型二氧化鈦表面室溫下可光催化分解水制氫
圖片來源：網絡公開資料
合肥工大材料科學與工程學院周如龍副教授課題組與美國內布拉斯加大學林肯分校曾曉成教授課題組合作構建了一種新型的銳鈦礦二氧化鈦表面模型，可實現二氧化鈦可見光吸收及催化活性大幅提升，為清潔能源開發提供了新路徑。相關研究成果已發布于《先進功能材料》。
研究人員采用第一性原理計算理論構建了一種新型的銳鈦礦二氧化鈦表面。模擬計算結果表明，該表面具有合適的禁帶寬度，可大幅提升可見光吸收效率，且化學反應活性極高。同時，該重構表面在富鈦環境下能量更加穩定，可在低氧壓和較高溫度條件下制備。分子動力學模擬表明，該表面模型可在室溫下將吸附在表面上的水分子分解，表明該表面具有很好的光催化能力，可用于光催化制氫，從而獲得清潔能源。
7. 遠離二氧化碳！溫泉水也能提取氫燃料
圖片來源：網絡公開資料
日本東北大學研究人員最新開發出一種利用溫泉水提取氫燃料的技術，在獲取氫氣過程中不產生二氧化碳，用這種方式制氫有助控制溫室氣體排放。未來期望可以通過生成的氫氣進行小規模氫燃料發電，使溫泉所在地實現電力自給以及用于氫燃料電池汽車。
為了使天然溫泉水與金屬鋁發生化學反應，研究人員讓約50攝氏度的強酸性溫泉水以每分鐘6升的流量通過一個含鋁容器，約3小時的實驗中一共收集約20升氫氣。常用的甲烷重整等制氫方式會產生大量二氧化碳，而利用這種新方法獲取氫氣不會生成二氧化碳。
8. 廉價、高效的電催化析氫催化劑有望問世
圖片來源：中國科學技術大學
中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心和化學與材料科學學院材料系教授陳乾旺課題組，以貴金屬銥摻雜的金屬有機框架材料作為前驅體，一步煅燒制備了氮摻雜的類石墨烯層包裹銥鈷合金核殼結構材料，在酸性電解質析氫反應中表現出高活性和高穩定性。該工作為今后尋找更為廉價、高效的電催化析氫催化劑提供了新思路。相關研究成果已發布于《先進材料》。
銥鈷合金可向表面活性位點轉移電子，銥鈷合金表面包覆的氮摻雜的石墨烯層類似“鎧甲”，利于防止合金內核被酸腐蝕。作為酸性析氫電催化劑（其中銥的含量僅為1.56wt.%），其塔菲爾斜率僅為23mV/dec，達到10mA/cm2電流密度時其過電位僅為24mV，顯示出與商用的20%Pt/C電催化劑可比的電催化析氫性能。
9. 新型燃料電池催化劑可大幅節省成本
圖片來源：加州大學河濱分校
加州大學河濱分校能源創新中心兼羅斯瑪麗伯恩工程學院的溫斯頓講席教授David Kisailus領導的研究人員們開發出一種由多孔碳納米纖維制成的、用于制造聚合物電解質膜燃料電池的催化劑材料，研究中用到的納米碳纖維一般是由儲量相對豐富的金屬（比如鈷，它的價格比鉑便宜100倍）制成的。聚合物電解質膜燃料電池是目前最有前途的燃料電池之一，能將氫的化學能轉化為電能來驅動汽車和電子產品。相關研究成果已發布于《Small》。
Kisailus和他的團隊通過與斯坦福大學科學家合作，確定了這種新材料與工業標準鉑碳系統的表現平分秋色，但它的成本卻比鉑碳系統的成本要低得多。此外，催化納米復合材料的另一個好處是，石墨纖維特性使其具有一定的強度和耐用性，這令它不僅可以作為燃料電池催化劑，還可以作為一種結構部件。
10. 新型廉價催化劑或攻克制氫高成本難題
圖片來源：華盛頓州立大學
華盛頓州立大學研究人員利用鎳和鐵這兩種儲量豐富的廉價金屬，開發了一種多孔納米催化劑，這種催化劑的效果甚至比由貴重金屬制成的催化劑更好，且該研究的方法非常簡單，整個過程只需要五分鐘，可以輕松地應用于大規模生產。相關研究成果已發布于《Nano Energy》。
這種新型催化劑的外觀就像一小塊海綿，并且具有獨特的原子結構和較大的表面裸露度，因此可以利用比其它催化劑更少的能量來促進重要反應。試驗中也證明，在12小時的穩定性測試后，這種催化劑只消耗了很小一部分。
文章來源：新材料在線
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