記者15日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校吳宇恩教授課題組運用創(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”氫能市場化的關(guān)鍵一環(huán)是氫氣高效廉價的制取。其中，電解水是最被看好的制備方式之一。然而，電解水過程中必需的高效廉價的氧析出催化劑是當前面臨的最困難挑戰(zhàn)之一，與“非鉑氧還原催化劑的開發(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。銥金屬價格昂貴，成為高能、清潔、廉價的氫能源推廣的重大阻礙。相比之下，釕金屬地球儲量更豐富，價格更廉價，如用于工業(yè)，能夠有效降低氫氣制備成本。但由于在強酸、強氧化性環(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)定性是一個公認的世界難題。為實現(xiàn)高效廉價的電解水制氫，科研團隊經(jīng)過多年的實驗探索，創(chuàng)新性地提出利用抗氧化能力和抗溶解能力強的鉑基合金為載體，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于商業(yè)釕基催化劑的過電位降低了大約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，為許多類似的科學問題提供思路，標志著向氫能廣泛應(yīng)用的綠色未來邁進了一大步。(記者吳長鋒)
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