據(jù)外媒報道，新加坡南洋理工大學（NTU）的一組科學家發(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，在電解水化學反應(yīng)中，會出現(xiàn)能量損失，從而會提高水分解產(chǎn)氫的成本，因此，需要利用催化劑來加速此類化學反應(yīng)。
尖晶石氧化物通常由廉價的過渡金屬制成，近年來，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)計工作受到了阻礙。
現(xiàn)在，新加坡南洋理工大學的副教授Jason Xu Zhichuan和團隊已經(jīng)取得兩項重要進展，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。有了這一新認識之后，研究小組利用機器學習選擇催化活性得到增強的新款尖晶石氧化物，讓電解水更高效。
此類發(fā)現(xiàn)也讓該團隊得以進一步找到合適的水分解方法，以大規(guī)模制氫。而且利用風能或太陽能等可再生能源提供動力，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、運輸工具和燃料補給使用的化石燃料。
此外，氫氣還可以取代鋰離子電池等傳統(tǒng)儲能設(shè)備，因為鋰離子電池會隨著時間推移漸漸失去電量。
在電解槽中進行水電解時會發(fā)生兩種主要的化學反應(yīng)：一種是制氫的反應(yīng)，另一種是制氧的反應(yīng)，而且兩種氣體會被一種薄膜隔開。研究人員表示，水電解的發(fā)展瓶頸主要在于制氧反應(yīng)，會導(dǎo)致析氧反應(yīng)。
雖然析氧反應(yīng)對分解水制氫燃料非常重要，但是這是一個緩慢的化學過程，會降低整體的能量轉(zhuǎn)換效率，因而需要金屬氧化物等催化劑來加快反應(yīng)速度。雖然貴金屬氧化物已被證明是最先進的催化劑，可以降低能源消耗、提高能源轉(zhuǎn)換效率，但是儲量少、成本高、耐久性差等特點限制其得到大規(guī)模應(yīng)用。
不過，尖晶石氧化物成本低、儲量大，如果設(shè)計成含有正確的參數(shù)，如設(shè)置好尖晶石氧化物中過渡金屬的類型，以增加其催化活性，就可以成為一種可行的替代品。
根據(jù)該團隊已經(jīng)確定的關(guān)鍵參數(shù)，該團隊訓(xùn)練了一個機器學習模型，模型中包含300多個尖晶石氧化物數(shù)據(jù)集，可在幾秒鐘內(nèi)預(yù)測任何尖晶石氧化物催化劑的效率。采用此種方法，該團隊發(fā)現(xiàn)一種由錳和鋁構(gòu)成的新型氧化物被模型預(yù)測會顯示出優(yōu)越的催化活性，并在實驗中得到了驗證。
