瑞典研究人員用氧化鐵納米管結構的電極使制氫更有效率

瑞典研究人員發現了一種利用電催化從水中生產氫氣的有效新方法。舊的方法採用鉑電極，鉑電極是昂貴並且稀有的。新方法使用了具有氧化鐵納米管結構的電極。這項研究是由 Ulf Helmersson教授主導的。

硅襯底的表面和邊緣鐵納米管分布圖（圖片：Link?ping University）

林雪平大學（Link?ping University）等離子體和塗層物理研究小組生產納米材料的薄膜。研究人員使用了一種被稱為「脈衝等離子濺射」的技術製造了這種薄膜。濺射是工業和研究中常用的鍍膜方法。在電離氣體的幫助下，原子被噴濺到樣品室的襯底上，形成薄薄的一層膜。LiU的研究人員進一步發展了這項技術，並使用了高頻的等離子體脈衝，濺射原子並讓納米粒子生長。漂浮在空氣中的納米粒子堆疊生長。

等離子體和塗料物理學博士生Sebastian Ekeroth進行了一項實驗，在此實驗中材料在錯誤的位置形成並生長。他回憶在顯微鏡下觀察到的現象，有碎片堆疊在樣品室，並看到了一堆糾結的納米線。教授Ulf Helmersson意識到這一發現的重要性，並建立了一個基於鐵磁納米結構的新研究領域。

世界各地的研究人員對鐵磁性納米粒子及其生產方式越來越感興趣，特別是在各種類型的溶液中。這些磁性材料對於能量儲存（尤其是對可再生能源的儲存，催化和化學品的合成變得越來越有吸引力。

LiU的團隊與于默奧大學大學（Ume? University）的研究人員合作開發了一種利用脈衝等離子體濺射控制鐵磁納米結構生成的方法。 成果發表在Nano Letters（「Catalytic Nanotruss Structures Realized by Magnetic Self-Assembly in Pulsed Plasma」）中。在這種情況下，Sebastian Ekeroth使用電離氬引入帶有鐵陰極和不鏽鋼陽極的腔室中。 從陰極濺射鐵原子並形成直徑約20nm的納米顆粒。施加的磁場使得本質上具有磁性的鐵顆粒聚集在一起，並在紙和金屬表面上形成穩定且明確的桁架結構。

Sebastian Ekeroth.放大納米管的尖端，其中單個納米線清晰可見

當結構暴露在空氣中時，具有所有角度和節點的完整結構被一層厚度為2nm的氧化鐵覆蓋。Sebastian Ekeroth說：「鐵顆粒彼此鉤住的方式給出了非常穩定的結構。電解液中的環境可能非常劇烈。如果要保持電導率直到過程結束，最重要的是結構不會破裂。」

該方法也可用於大面積。Ulf Helmersson說：「該方法適用於大面積三維材料的應用。」研究人員在Nanoletters的文章中描述了他們如何成功地在導電錶面上使用氧化鐵納米結構的陰極。一層碳紙將水分解成氫氣和氧氣。

與鉑製成的昂貴電極相比，該電極具有許多優點。新電極重量輕，可以彎曲，具有高容量，並且僅由無污染廉價的材料構成，即鐵，氧和碳。

氫氣具有高能量含量。當氫中的化學能在燃料電池中轉化為電能時，形成的唯一廢產物是水。出於環境原因，燃料電池正得到廣泛的關注。然而，目前生產的氫氣中有96％來自不可再生資源。

Ulf Helmersson說：「此材料在氫的生產是一個重要的應用，但我們也在關注其他領域，如電池中的電極、超級電容器，以及光催化中的使用。」

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