隨著人們對(duì)AI、電動(dòng)汽車(chē)和芯片等需求量增大，能源的消耗也在加劇，因此增加能源和減少污染成為當(dāng)前主要課題之一。英國(guó)一所大學(xué)搞了一項(xiàng)研究，將工業(yè)金屬?gòu)U料轉(zhuǎn)變成催化劑增強(qiáng)物，以達(dá)到制氫成本降低和廢物再利用的目的。
　　氫氣是一種石油化工廠常用的原料，也可以制成農(nóng)業(yè)用的尿素、氨氣等化學(xué)工業(yè)用品。同時(shí)氫氣也是常見(jiàn)的燃料，有潛力成為一種常用的能源載體，能夠?yàn)檐?chē)輛提供動(dòng)力，因?yàn)闅錃馊紵龝r(shí)會(huì)與空氣中的氧氣形成無(wú)毒、無(wú)害的水蒸氣。
　　然而，氫氣的制造卻十分依賴(lài)電、水和催化劑。生產(chǎn)氫氣使用的催化劑大多是貴金屬白金（Pt）和鈷（Co），但隨著地緣政治的沖突、美中之間關(guān)系逐漸走向冰點(diǎn)和通膨等問(wèn)題出現(xiàn)，使得黃金、銀和白金等貴金屬價(jià)格有上升的趨勢(shì)，這使制氫行業(yè)正面臨新挑戰(zhàn)，必須找到減少貴金屬使用，或增加氫氣產(chǎn)量的方法。
　　
　　這次，英國(guó)諾丁漢大學(xué)（University of Nottingham）化學(xué)學(xué)院和工程學(xué)院的研究人員在尋找良好制氫的催化劑時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)加工業(yè)切削出來(lái)的金屬屑，不僅能作為催化劑的良好附著體，還能有效減少貴金屬的使用，有利于降低制氫成本。這項(xiàng)研究4月16日發(fā)表在英國(guó)王家化學(xué)學(xué)會(huì)的《材料化學(xué)雜志》上。
　　由于全球螺旋車(chē)削、銑削和鉆孔等機(jī)械加工在切削鋁鎂合金、不銹鋼、鈦（Ti）、鎳（Ni）及其它合金時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量低價(jià)值金屬屑廢料，但這些廢料大多沒(méi)有被有效回收再利用，而是被大量堆放或廢棄，其主要原因是回收的經(jīng)濟(jì)效益低下。
　　盡管一些金屬屑廢料現(xiàn)在被作為雷射增材制造中粉末的替代品，或作為金屬粉末（固態(tài)燒結(jié)）的材料，但仍有龐大的廢棄金屬屑被堆放。另外，過(guò)去沒(méi)有人想到將這些東西用于催化領(lǐng)域。
　　諾丁漢大學(xué)主要使用由螺旋車(chē)削的金屬屑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因?yàn)榻饘俳?jīng)由車(chē)削后，其表面會(huì)形成許多10-50納米（nm）大小的凹槽和突起，這讓金屬形成卓越的表面積，有利于吸附和穩(wěn)定催化溶液。
　　研究人員將這種鈦金屬和鎳金屬屑浸泡在含有白金（Pt）和鈷（Co）的溶液里，使其納米突起和凹槽上生成Pt-Ti和Co-Ni的型態(tài)，整個(gè)吸附過(guò)程不需要額外的溶劑或試劑，就可以讓白金或鈷吸附到鈦和鎳金屬上。
　　實(shí)驗(yàn)顯示，每平方公分的鈦金屬屑，只需28微克的白金即可以正常生產(chǎn)出可燃燒的氫氣，這是商業(yè)催化劑用量的十分之一。每平方公分的鎳金屬屑只要30微克的鈷就可以正常產(chǎn)生助燃的氧氣（O2）。它們兩者的法拉第效率（能量轉(zhuǎn)化效率）都達(dá)到驚人的100%，極具商業(yè)價(jià)值。
　　除此之外，研究人員還評(píng)估了切削裸鈦（Ti）、不銹鋼（SST）和鎳（Ni）的金屬屑，在“添加”與“不添加”白金和鈷材料的情況下，它們對(duì)于析氫反應(yīng)（HER）和析氧反應(yīng)（OER）的結(jié)果。
　　結(jié)果顯示，“添加”白金和鈷后的金屬，對(duì)于析氧反應(yīng)（OER）和析氫反應(yīng)（HER）都比“不添加”的反應(yīng)要來(lái)的高，產(chǎn)量也比原本高出許多。他們還發(fā)現(xiàn)，原本“不添加”白金的切削鈦、鎳金屬，在添加白金后它們的活性增加了60倍，而不銹鋼在添加后活性增加了4倍。
　　另外，研究人員還對(duì)于這些添加過(guò)白金的金屬進(jìn)行長(zhǎng)期耐久性測(cè)試。結(jié)果是鈦、鎳屑的電極都表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性，且兩者的電流幾乎沒(méi)有下降，不銹鋼屑則下降15%的電流。
　　這些實(shí)驗(yàn)證明該裝置只要正確添加適量的白金或鈷，就能增加制造氧氣和氫氣的產(chǎn)能和效率。如果將這項(xiàng)工藝用于實(shí)際，將有助于解決現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)生的廢棄金屬，和氫氣生產(chǎn)價(jià)格昂貴的問(wèn)題。
　　該研究小組的領(lǐng)導(dǎo)者、諾丁漢大學(xué)化學(xué)學(xué)院的赫蘇姆·費(fèi)爾南德斯（Jesum Alves Fernandes）博士對(duì)該校的新聞室表示：“英國(guó)的工業(yè)每年會(huì)產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)噸金屬?gòu)U棄物，當(dāng)時(shí)我們透過(guò)掃描電子顯微鏡對(duì)它們進(jìn)行檢查時(shí)，驚訝的發(fā)現(xiàn)外表看似光滑的不銹鋼、鈦或鎳合金切屑，存在許多數(shù)十納米寬的凹槽和突起?！?br /> 　　負(fù)責(zé)分析新材料的結(jié)構(gòu)和電催化活性研究員馬達(dá)薩米·坦加穆圖（Madasamy Thangamuthu）表示，“與最先進(jìn)的商業(yè)催化劑相比，我們僅花費(fèi)十分之一的水和用極少的貴金屬和廢棄金屬，就能夠創(chuàng)造出一種實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的電解槽生產(chǎn)氫氣，且整體運(yùn)作效率為100%。”
　　目前該團(tuán)隊(duì)正在與水吸附有限公司（AqSorption Ltd）合作，以擴(kuò)大其技術(shù)規(guī)模。該學(xué)院的教授安德烈·赫洛比斯托夫（Andrei Khlobystov）則表示：“我們使用航空航天工業(yè)中的金屬?gòu)U料，和少量貴金屬的情況下生產(chǎn)出氫氣，整個(gè)過(guò)程是對(duì)于航空航天工業(yè)中的金屬?gòu)U料的升級(jí)改造和再利用。”