中山大學獨創製氫催化技術　成本降至千分之一

2022-08-02 923

中山大學化學系研究團隊製出最新複雜氧化物催化劑，主要以地殼含量豐富元素製成，成本僅當前水電解用貴金屬催化劑千分之一，且活性高，有望大幅降低製氫門檻，助攻綠能製氫。

據國立中山大學網站消息，全球夏天不斷突破高溫紀錄，俄烏戰爭也凸顯歐洲在天然氣等能源需求與民生經濟的兩難，為減少使用石化燃料，降低全球暖化與環境問題，發展乾淨且可再生的替代能源刻不容緩。利用綠色電力如太陽能、風力等電解水所產生的氫氣（又稱為綠氫），是減少碳排放與儲能的利器。國立中山大學化學系教授陳軍互團隊獨創「酸性氧化還原輔助沉積」技術，創造出最新一代的複雜氧化物催化劑（complex oxide electrocatalyst）。其活性除了高出常用的鎳催化劑4.6倍，也明顯優於貴金屬釕催化劑。這類新型催化劑主要使用鐵與錳兩種元素，使成本大幅降低至千分之一，研究成果榮登國際頂尖期刊美國化學會能源快報（ACS Energy Letters）。

陳軍互教授強調，這項最新的研究成果也發現，這類新型催化劑能穩定電解海水而不受到腐蝕的困擾。「我們最近取用西子灣的海水並成功且長效地轉換成氫氣，這讓我想像未來整片西子灣都是我們的氫氣海！擺脫能源依賴進口的束縛，也就避免了區域戰爭下的能源供應的斷鏈問題。」

研究團隊指出，目前的工業活動亟需氫氣作為原料，例如作為製作氨、雙氧水及甲醇的原料、火箭燃料、以及提煉金屬時的還原劑等。相較於其他再生能源電力，氫氣能更有效地保存綠能，因此，電解水產生氫氣可作為再生能源儲能解決方案之一。不過根據國際能源總署（International Energy Agency, IEA）報告，綠氫只占全球氫產能不到 0.1%，主要是生產成本太高，每公斤達3至7.5 美元，導致使用綠氫作為主要工業原料與燃料來源仍有許多門檻需克服。

「當前水電解用的貴金屬催化劑如鉑、釕、銥等，成本太過昂貴，扼殺了大規模使用氫氣的契機。」中山大學化學系教授陳軍互表示，為了讓氫氣的生產成本進一步降低，達到民生實用階段，研究團隊長期開發以地殼含量豐富的元素，如鐵、鈷、鎳等來設計催化劑，致力以低成本優勢取代貴金屬催化劑，讓氫能更普及，本次使用鐵與錳兩種元素研發出新型催化劑，成本僅為貴金屬的千分之一甚至更低。此外，相較於常用的鎳催化劑，團隊研發的新型催化劑活性提高了4.6倍，電力轉換效率更好，意即產出等量的氫氣所需的耗電量更少，大幅降低了電力成本。

參與這項研究的團隊成員包括Zegeye 博士、研究生陳文泰、許峻承及安德魯。此技術長期獲科技部、中山大學及產業單位累計超過千萬元的研發支持，目前已經與台灣知名企業與學研單位進行一系列產學合作，未來將朝向更高的能源轉換效益邁進，持續降低電力成本負擔，讓人類所使用的能源更加環境友善，進而為全球氣候變遷帶來緩解。

期刊連結：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsenergylett.2c01103

【圖片來源：中央社】