在土壤中发现珍珠：揭开从城市污水中生产氢的魔力

韩国浦项科技大学（POSTECH）环境科学与工程学院的Cho教授和博士候选人Jiseon Kim与韩国科学技术研究院（KIST）合作，设计了一种新型催化剂，旨在提高使用污染的市政污水进行水制氢反应的效率 -- 一种绿色能源。他们的研究最近在国际期刊《先进功能材料》上发表。

随着与化石燃料相关的污染问题日益严重，氢能引起了越来越多的关注。水电解技术是一种可持续的过程，利用地球丰富的水资源产生氢气。然而，在产生氢气的同时进行的氧气释放反应明显缓慢，导致能量转化效率相当低。

最近，学术界一直在通过将尿素氧化反应与氢气生成反应相结合来解决这个问题。尿素是尿液中的一种污染物，在其氧化过程中释放出大量能量，为增强氢气生成效率和厕所废水净化提供了潜在途径。最终，有必要找到一种能有效驱动尿素氧化反应的催化剂，从而提高氢气生成和废水处理的效率。

为了提高尿素氧化反应的效率，该团队创建了一种称为镍铁草酸盐（O-NFF）的催化剂。该催化剂在镍（Ni）金属上结合了铁（Fe）和草酸盐，结果形成了一个具有纳米颗粒片状形式的广阔表面积。这种独特性能使催化剂吸附更多的反应物质，促进加速尿素氧化反应。

在实验中，该团队设计的O-NFF催化剂成功降低了产生氢气所需的电压至1.47 V RHE（在0.5 A/cm²下），即使在氢氧化钾（1 M）和尿素（0.33 M）混合溶液中测试时也表现出较高的反应速率，其Tafel斜率为12.1 mV/dec。研究人员还通过使用辐射光电加速器进行的光电子/ X射线吸收光谱验证了催化剂的有效性，证实了其促进尿素氧化反应的能力。

领导该研究的Cho教授表示：“我们已经开发出一种可以净化市政污水的催化剂，同时提高了氢气生产的效率，这是一种绿色能源。”他补充说：“我们预计由金属和有机物合成的O-NFF催化剂将有助于提高工业电解氢生产的效率。”

该研究得到了韩国国家研究基金会的中期研究人员项目以及氢源技术开发计划的资助，同时还得到了国家超级计算中心的支持。