記者15日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校吳宇恩教授課題組運(yùn)用創(chuàng)新工藝，在氧析出催化劑方面取得重大突破，為電解水制氫的工業(yè)化推進(jìn)重要一步，該成果日前被選為本月《自然-催化》封面文章。
“終極能源”氫能市場(chǎng)化的關(guān)鍵一環(huán)是氫氣高效廉價(jià)的制取。其中，電解水是最被看好的制備方式之一。然而，電解水過(guò)程中必需的高效廉價(jià)的氧析出催化劑是當(dāng)前面臨的最困難挑戰(zhàn)之一，與“非鉑氧還原催化劑的開(kāi)發(fā)”并稱為氫能高效利用領(lǐng)域的兩大圣杯。
氧析出常用的商用催化劑是二氧化銥。銥金屬價(jià)格昂貴，成為高能、清潔、廉價(jià)的氫能源推廣的重大阻礙。相比之下，釕金屬地球儲(chǔ)量更豐富，價(jià)格更廉價(jià)，如用于工業(yè)，能夠有效降低氫氣制備成本。但由于在強(qiáng)酸、強(qiáng)氧化性環(huán)境中，二氧化釕在高電位下極易被氧化為四氧化釕，從而失去催化活性。因此，開(kāi)發(fā)出一種高活性和高穩(wěn)定的釕單原子催化劑，成為最有潛力的途徑。
釕基催化劑在酸性氧析出中的穩(wěn)定性是一個(gè)公認(rèn)的世界難題。為實(shí)現(xiàn)高效廉價(jià)的電解水制氫，科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年的實(shí)驗(yàn)探索，創(chuàng)新性地提出利用抗氧化能力和抗溶解能力強(qiáng)的鉑基合金為載體，利用表面缺陷工程技術(shù)捕獲和穩(wěn)定單原子的方法成功制備了釕單原子合金催化劑，該釕單原子合金催化劑相對(duì)于商業(yè)釕基催化劑的過(guò)電位降低了大約30%，穩(wěn)定性提高了近10倍。
該成果不僅成功實(shí)現(xiàn)了將單原子釕嵌入穩(wěn)定合金載體中從而制備出高效催化劑，而且利用金屬/合金載體調(diào)控單原子電子結(jié)構(gòu)的策略，有望可以應(yīng)用于其它反應(yīng)體系中，為許多類似的科學(xué)問(wèn)題提供思路，標(biāo)志著向氫能廣泛應(yīng)用的綠色未來(lái)邁進(jìn)了一大步。(記者吳長(zhǎng)鋒)
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