2月11日，中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟正式成立，我国氢能及燃料电池产业加速发展，大规模商业化应用时代正在开启。
全国政协副主席、科学技术部部长、中国科学技术协会主席万钢发表主旨演讲表示：“氢能是高效清洁能源载体，具有许多无可比拟的特点。”
氢能被称为21世纪的“终极能源”。国际氢能源委员会的调研报告显示，预计到 2050 年，氢能源需求将是目前的10倍。不过，氢能源市场前景虽然光明且已有多个国家出台了支持产业发展的政策，但在商用化道路上，如何廉价地大规模制氢等难题仍待破解。
高校作为科研主力军，在推动氢能普及上一直走在前面，这次整理了近几个月国内外高校在氢能源研究方面的技术突破，以飨读者。
以下以技术突破发布时间为倒序，排名不分先后。
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1. 新型高产氢气催化剂诞生 氢燃料电池成本有望降低
图片来源：phys.org
桑迪亚国家实验室和加利福尼亚大学主导了一项旨在降低氢燃料电池成本的研究，他们使用一种便宜的化合物构建了类似于植物叶子的不平坦表面。增大表面积有助于像铂一样有效地催化氢气。该工作有助于更经济地使用氢燃料汽车，因为排放的是水而不是一氧化碳或二氧化碳。
研究人员已申请了喷雾印花工艺的联合专利，该工艺利用廉价的二硫化钼。与其他二硫化钼结构相比，涟漪“叶”增加的表面积产生了三倍的催化接触点，创新点在于可以处理比铂更高的温度，而无需烧结和上胶。
2. 新型双原子材料氢空燃料电池将已有最高活性提高20%
图片来源：中国科学技术大学
iChEM研究人员、中国科学技术大学吴宇恩教授课题组与西安交通大学常春然副教授（通讯作者）等合作，成功利用双溶剂法首次合成了一种双原子Fe,Co固载在多孔的氮掺杂碳上的电催化剂，并将双原子材料用于氢空燃料电池和氢氧燃料电池方面。该研究成果成功应用双原子催化剂作为燃料电池的阴极催化剂，大幅度降低燃料电池中的催化层成本，为燃料电池的商业化发展提供了可能。相关研究成果已发布于《美国化学会志》。
吴宇恩教授课题组的研究成功实现0.98 W cm-2的氢氧燃料电池最高输出功率，及0.51 W cm-2的氢空燃料电池最高输出功率并稳定运行100小时以上。在目前已报道非Pt催化剂中，该双原子材料的氢空燃料电池的性能最高，并将已有的最高活性提高20 %。
3.镍、铁、钴也能制氢？研究人员利用太阳能分解水产生氢燃料
图片来源：cnBeta.COM
加州大学洛杉矶分校研究人员设计了一种能够利用太阳能来创造和储存能量的新型装置。该设备可以高效地创建和储存能量，并可用于智能手机等电子设备，为汽车创造氢燃料。该研究被认为可以使氢气车负担得起，因为它可以使用镍，铁和钴生产氢气。这些元素比目前氢气生产中使用的铂和其他贵金属要便宜得多。
该新型装置具有第三电极以及氢燃料电池和超级电容器中常见的正极和负极。该第三电极充当用于储存能量的超级电容器并且用作将水分解成氢气和氧气的装置。且三个电极可连接到作为主电源的太阳能电池。
4. 可电解海水并收集氢能源的“太阳能浮动平台”方案
图片来源：cnBeta.COM
哥伦比亚大学的工程师们提出了一种提升效率和降低设备的氢气制备装置，该设备是一个可以漂浮在海面上的太阳能工作台。研究人员开发出的不需要一层隔膜的电解水方案，意味着可以在海面上进行部署。相关研究成果已发布于《国际氢能》。
论文一作 Jack Davis 称，在没有隔膜的情况下，也能够安全地演示这款设备，这让电解海水的应用离我们又近了一步。充当“人工光合作用”的太阳能“发电机”，与自然界植物扮演了同样的功效，该设备或许开启了一种产生清洁、可再生能源的新机遇。
5. Hybrid-SOEC固态电解槽：制氢效率提升四倍
图片来源：cnBeta.COM
韩国蔚山科学技术大学、韩国能源研究所及淑明女子大学的研究人员开发出了一套基于现有“固体氧化物电解槽”打造的更高效率的水电解系统——Hybrid-SOEC。该系统充分利用了固态电解槽的所有优点、提升了制氢的效率。相关研究成果已发布于《纳米能源》。
Hybrid-SOEC 采用了由层状钙钛矿物制作的混合离子导体和电极，在 1.5V 的电压和 700 ℃（1292 ℉）的温度下，每小时可生产 1.9 升（0.5 加仑）的氢气，效率是现有系统的四倍以上。
6. 新型二氧化钛表面室温下可光催化分解水制氢
图片来源：网络公开资料
合肥工大材料科学与工程学院周如龙副教授课题组与美国内布拉斯加大学林肯分校曾晓成教授课题组合作构建了一种新型的锐钛矿二氧化钛表面模型，可实现二氧化钛可见光吸收及催化活性大幅提升，为清洁能源开发提供了新路径。相关研究成果已发布于《先进功能材料》。
研究人员采用第一性原理计算理论构建了一种新型的锐钛矿二氧化钛表面。模拟计算结果表明，该表面具有合适的禁带宽度，可大幅提升可见光吸收效率，且化学反应活性极高。同时，该重构表面在富钛环境下能量更加稳定，可在低氧压和较高温度条件下制备。分子动力学模拟表明，该表面模型可在室温下将吸附在表面上的水分子分解，表明该表面具有很好的光催化能力，可用于光催化制氢，从而获得清洁能源。
7. 远离二氧化碳！温泉水也能提取氢燃料
图片来源：网络公开资料
日本东北大学研究人员最新开发出一种利用温泉水提取氢燃料的技术，在获取氢气过程中不产生二氧化碳，用这种方式制氢有助控制温室气体排放。未来期望可以通过生成的氢气进行小规模氢燃料发电，使温泉所在地实现电力自给以及用于氢燃料电池汽车。
为了使天然温泉水与金属铝发生化学反应，研究人员让约50摄氏度的强酸性温泉水以每分钟6升的流量通过一个含铝容器，约3小时的实验中一共收集约20升氢气。常用的甲烷重整等制氢方式会产生大量二氧化碳，而利用这种新方法获取氢气不会生成二氧化碳。
8. 廉价、高效的电催化析氢催化剂有望问世
图片来源：中国科学技术大学
中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心和化学与材料科学学院材料系教授陈乾旺课题组，以贵金属铱掺杂的金属有机框架材料作为前驱体，一步煅烧制备了氮掺杂的类石墨烯层包裹铱钴合金核壳结构材料，在酸性电解质析氢反应中表现出高活性和高稳定性。该工作为今后寻找更为廉价、高效的电催化析氢催化剂提供了新思路。相关研究成果已发布于《先进材料》。
铱钴合金可向表面活性位点转移电子，铱钴合金表面包覆的氮掺杂的石墨烯层类似“铠甲”，利于防止合金内核被酸腐蚀。作为酸性析氢电催化剂（其中铱的含量仅为1.56wt.%），其塔菲尔斜率仅为23mV/dec，达到10mA/cm2电流密度时其过电位仅为24mV，显示出与商用的20%Pt/C电催化剂可比的电催化析氢性能。
9. 新型燃料电池催化剂可大幅节省成本
图片来源：加州大学河滨分校
加州大学河滨分校能源创新中心兼罗斯玛丽伯恩工程学院的温斯顿讲席教授David Kisailus领导的研究人员们开发出一种由多孔碳纳米纤维制成的、用于制造聚合物电解质膜燃料电池的催化剂材料，研究中用到的纳米碳纤维一般是由储量相对丰富的金属（比如钴，它的价格比铂便宜100倍）制成的。聚合物电解质膜燃料电池是目前最有前途的燃料电池之一，能将氢的化学能转化为电能来驱动汽车和电子产品。相关研究成果已发布于《Small》。
Kisailus和他的团队通过与斯坦福大学科学家合作，确定了这种新材料与工业标准铂碳系统的表现平分秋色，但它的成本却比铂碳系统的成本要低得多。此外，催化纳米复合材料的另一个好处是，石墨纤维特性使其具有一定的强度和耐用性，这令它不仅可以作为燃料电池催化剂，还可以作为一种结构部件。
10. 新型廉价催化剂或攻克制氢高成本难题
图片来源：华盛顿州立大学
华盛顿州立大学研究人员利用镍和铁这两种储量丰富的廉价金属，开发了一种多孔纳米催化剂，这种催化剂的效果甚至比由贵重金属制成的催化剂更好，且该研究的方法非常简单，整个过程只需要五分钟，可以轻松地应用于大规模生产。相关研究成果已发布于《Nano Energy》。
这种新型催化剂的外观就像一小块海绵，并且具有独特的原子结构和较大的表面裸露度，因此可以利用比其它催化剂更少的能量来促进重要反应。试验中也证明，在12小时的稳定性测试后，这种催化剂只消耗了很小一部分。
文章来源：新材料在线
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