氫氣為各國綠色能源發展規劃中最重要的乾淨能源載體,具有高能量密度,能以
燃料電池發電,同時又可被儲存及運輸。電化學水分解則被廣泛看好作為一種可
行的工業產氫技術,能夠高效轉化水產出高純度的氫氣。電解水反應可分為陰極
端的產氫反應(HER)和陽極端的產氧反應(OER),兩者皆須要一定的過電位(overp
otential)才能克服潛在的高能障進行反應。工業上常用的HER電極材料為貴金屬
中的鉑(Pt),而OER電極常用的材料為貴金屬氧化物,例如二氧化銥(IrO2)和二氧
化釕(RuO2)等。由於貴金屬在地表中的儲量有限且價格昂貴,使得它們難以支持
須大規模、低成本運作的工業產氫應用。因此,研發高效、長壽命且非貴金屬(非
鉑)之雙功能(同時適用於產氫和產氧)電化學觸媒成為一重要的研究主題。在眾多
材料中,過渡金屬磷化物展現出優異的電催化表現和接近金屬的特性。其中,具
有出色電解水產氫性能的Ni/Co雙金屬磷化物受到廣泛關注。此外,在設計電化
學觸媒的結構形貌上,金屬有機骨架(metal-organic frameworks (MOFs))可由
過渡金屬和有機配體(linker)所組成,具有高比表面積、高機械強度、可控活性位
點、以及多尺度孔徑結構等特點,在電催化觸媒應用上具備高度潛力。利用MOF
所衍生的過渡金屬磷化物多孔結構,可透過形貌控制提升其電催化性能。此外,
鎳網(nickel foam (NF))為一種三維大孔材料,具備高機械強度、韌性與高電導
性,適合作為電催化觸媒之生長基材。綜上所述,本技術利用原位生長法將Ni/C
o雙金屬MOF生長在NF上,然後進行磷化處理,製備出具有產氫和產氧雙功能的
高效全水分解電催化觸媒電極。此技術不僅成本低,亦能改善電極與電解液之間
的電子傳輸效率,並同時提高電極在水分解氣泡產生時所須維持的機械強度。經
過磷化處理的NiCo/NF電極在鹼性電解環境中,分別只需1.57、1.74、1.86和1.
94 V的驅動電壓就能實現10、100、500和1000 mA/cm2的電流密度。在2.5 V
操作電壓下,氫氣產率為75.9 mL/min,每立方公尺氫氣產量所需的能耗為5.49
kWh/Nm3,並且能維持至少72小時的產氣穩定性。本技術所開發之雙功能非鉑
全水分解電催化觸媒極具工業應用潛力,本團隊亦已建立大面積鹼性膜電解產氫