據(jù)外媒報(bào)道，新加坡南洋理工大學(xué)（NTU）的一組科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一組參數(shù)，可以決定低成本催化劑尖晶石氧化物效率，這一發(fā)現(xiàn)打破了利用電解（用電分解水）從水中提取氫所遇到的瓶頸。
電解水制氫的主要挑戰(zhàn)在于，在電解水化學(xué)反應(yīng)中，會(huì)出現(xiàn)能量損失，從而會(huì)提高水分解產(chǎn)氫的成本，因此，需要利用催化劑來(lái)加速此類(lèi)化學(xué)反應(yīng)。
尖晶石氧化物通常由廉價(jià)的過(guò)渡金屬制成，近年來(lái)，成為一種穩(wěn)定、低成本的催化劑，引起了人們的興趣。但是，由于缺乏對(duì)尖晶石氧化物工作原理的了解，高性能尖晶石氧化物的設(shè)計(jì)工作受到了阻礙。
現(xiàn)在，新加坡南洋理工大學(xué)的副教授Jason Xu Zhichuan和團(tuán)隊(duì)已經(jīng)取得兩項(xiàng)重要進(jìn)展，從原子角度了解了尖晶石氧化物可以如何加速水電解產(chǎn)氫。有了這一新認(rèn)識(shí)之后，研究小組利用機(jī)器學(xué)習(xí)選擇催化活性得到增強(qiáng)的新款尖晶石氧化物，讓電解水更高效。
此類(lèi)發(fā)現(xiàn)也讓該團(tuán)隊(duì)得以進(jìn)一步找到合適的水分解方法，以大規(guī)模制氫。而且利用風(fēng)能或太陽(yáng)能等可再生能源提供動(dòng)力，從電解水中提取氫氣也是生產(chǎn)氫燃料電池的一種好方法。而氫燃料電池可以取代發(fā)電廠、運(yùn)輸工具和燃料補(bǔ)給使用的化石燃料。
此外，氫氣還可以取代鋰離子電池等傳統(tǒng)儲(chǔ)能設(shè)備，因?yàn)殇囯x子電池會(huì)隨著時(shí)間推移漸漸失去電量。
在電解槽中進(jìn)行水電解時(shí)會(huì)發(fā)生兩種主要的化學(xué)反應(yīng)：一種是制氫的反應(yīng)，另一種是制氧的反應(yīng)，而且兩種氣體會(huì)被一種薄膜隔開(kāi)。研究人員表示，水電解的發(fā)展瓶頸主要在于制氧反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致析氧反應(yīng)。
雖然析氧反應(yīng)對(duì)分解水制氫燃料非常重要，但是這是一個(gè)緩慢的化學(xué)過(guò)程，會(huì)降低整體的能量轉(zhuǎn)換效率，因而需要金屬氧化物等催化劑來(lái)加快反應(yīng)速度。雖然貴金屬氧化物已被證明是最先進(jìn)的催化劑，可以降低能源消耗、提高能源轉(zhuǎn)換效率，但是儲(chǔ)量少、成本高、耐久性差等特點(diǎn)限制其得到大規(guī)模應(yīng)用。
不過(guò)，尖晶石氧化物成本低、儲(chǔ)量大，如果設(shè)計(jì)成含有正確的參數(shù)，如設(shè)置好尖晶石氧化物中過(guò)渡金屬的類(lèi)型，以增加其催化活性，就可以成為一種可行的替代品。
根據(jù)該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)確定的關(guān)鍵參數(shù)，該團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練了一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型，模型中包含300多個(gè)尖晶石氧化物數(shù)據(jù)集，可在幾秒鐘內(nèi)預(yù)測(cè)任何尖晶石氧化物催化劑的效率。采用此種方法，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一種由錳和鋁構(gòu)成的新型氧化物被模型預(yù)測(cè)會(huì)顯示出優(yōu)越的催化活性，并在實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。
