蓋世汽車訊 利用電力將水分解為氫氣和氧氣，是生產(chǎn)清潔氫燃料的有效方法。隨著水分解技術的發(fā)展，通常使用多孔電極材料，為電化學反應提供更大的表面積。然而，在反應過程中，所產(chǎn)生的氣泡可能堵塞反應表面，使生產(chǎn)效率受到限制。

（圖片來源：MIT）

據(jù)外媒報道，麻省理工學院（MIT）首次分析和量化多孔電極上的氣泡產(chǎn)生過程。研究人員發(fā)現(xiàn)，有三種不同的方式，可使電極表面形成和釋放氣泡。通過調(diào)整電極成分和表面處理方法，可以對其進行精確控制。

因為液體介質中不斷反應產(chǎn)生氣體，所以會形成氣泡，暫時阻塞活性電極表面。Iwata表示：“控制氣泡是實現(xiàn)高系統(tǒng)性能的關鍵。”然而，以往對用于此類系統(tǒng)的多孔電極的研究很少。研究小組確定了氣泡形成和釋放的三種不同方式。其中一種稱為內(nèi)部形成和釋放，相對于電極孔徑，氣泡很小。在這種情況下，氣泡可以自由漂離，使表面保持相對清潔，從而促進反應過程。在另一種方式中，氣泡比孔徑大，往往會被卡住并發(fā)生堵塞，從而顯著抑制反應。第三種中間方式稱為芯吸過程，氣泡為中等大小，會發(fā)生部分堵塞，但仍能通過毛細作用滲出來。

研究小組發(fā)現(xiàn)，多孔表面的可潤濕性，是決定發(fā)生哪種狀態(tài)的關鍵變量。這一變量決定了水是均勻地分布在表面上，還是形成水滴。通過調(diào)整表面涂層，可以對其進行控制。該團隊使用了一種名為聚四氟乙烯（PTFE）的聚合物。在電極表面濺射的聚四氟乙烯越多，表面就越具有疏水性，不易被較大的氣泡堵塞。

通過微調(diào)表面涂層覆蓋率，可以使?jié)櫇裥园l(fā)生微小的變化，但能極大地改變系統(tǒng)性能。研究人員表示，通過這一發(fā)現(xiàn)，“我們增加了一個新設計參數(shù)，即氣泡釋放直徑（氣泡從表面分離前達到的尺寸）與孔徑之比。這是衡量多孔電極有效性的新指標。”

研究人員表示，可以通過多孔電極制作方式來控制孔徑，并添加涂層來精確控制可潤濕性?！巴ㄟ^控制這兩種效應，將來我們可以精確地控制設計參數(shù)，以確保多孔介質在最佳條件下運行?！边@將為材料設計者提供一套參數(shù)，幫助選擇化合物、制造方法和表面處理或涂層，為特定應用提供最佳性能。

該團隊表示，本次研究重點探討水分解過程，但相關結果幾乎可用于所有析氣電化學反應，包括用于電化學轉化捕獲二氧化碳的反應，例如發(fā)電廠排放的二氧化碳。

麻省理工學院機械工程副教授Gallan表示：“真正令人興奮的是，隨著水分解技術的不斷發(fā)展，該領域的關注點從催化劑材料設計擴展至質量輸運管理，這項技術有望實現(xiàn)規(guī)?；！?/p>

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