100多年前，科学家们发现了如何将水转化为氢气，这是一种备受追捧的绿色能源，被称为“未来的燃料”。
尽管取得了这一突破，但氢气并没有成为主要的燃料来源。将水分解成氢气既低效又昂贵，而且称为电解的转化过程仍然不完善。
来自德克萨斯大学埃尔帕索分校的工程师提出了一种低成本的镍基材料，以帮助更便宜、更有效地分解水。他们的灵感源自于一种被称为仙人掌的沙漠多肉植物。该材料在《ACS Applied Materials & Interfaces》杂志的一篇新论文中有所描述。
领导这项研究的德克萨斯大学埃尔帕索分校机械工程教授Ramana Chintalapalle博士说：“这是实验室中受自然启发的设计。这种植物有一个广泛的表面，可以吸收水分并在极端环境中生存。我们想，‘我们如何将其纳入我们的研究？’”
氢气问题
电解是用电和电催化剂分解水的过程，电催化剂是一种加速任何化学反应的材料。目前的水分离技术严重依赖铂作为催化剂，这有其缺点。
Chintalapalle解释道：“铂是用于帮助分解水的主要材料，但它非常昂贵，比黄金更贵，而且由于价格原因，大规模使用它是不可行的。我们需要一种在经济上更可行的催化剂，这样每个国家都可以合理地采用氢气。”
一个棘手的解决方案
Navid Attarzadeh在前往德克萨斯大学埃尔帕索分校先进材料研究中心实验室时第一次注意到了刺梨仙人掌。该团队一直在探索镍作为铂的催化替代品，铂是一种地球上储量丰富的金属，比铂便宜1000倍。
然而，镍在将水分解为氢方面并不那么快速有效。
环境科学与工程博士生Attarzadeh说：“每天，我都路过这同一株植物。我开始将它与我们的催化剂问题联系起来。引起我注意的是叶子和果实与其他沙漠植物相比有多大；仙人球的表面积非常大。”
就在那时，Attarzadeh有了一个主意。如果他们设计一种仙人掌形状的3D镍基催化剂会怎么样？更大的表面积可以容纳更多的电化学反应，比镍通常能产生更多的氢。
该团队迅速设计出人眼看不见的纳米级结构，并将其用于测试。
“我们测试了催化剂反复分解水的能力，并取得了良好的效果，”Chintalapalle说。
他补充说，这是一项基础性发现，该过程需要进一步完善，但这是朝着正确方向迈出的一步。
Chintalapalle说：“氢气可以改变我们国家的能源技术，而不会产生温室气体排放。我们的碳足迹可以消除；我们需要继续追求这一点。”
这项研究于4月26日发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》杂志上。
doi:10.1021/ACSAMI.3C00781
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