中國科大研制新型催化劑降低電解水制氫成本
能源是文明永恒的主題，氫能作為一種高效的清潔可再生能源更是本世紀的一大熱點。電解水制氫由于零污染、零排放的優勢而受到越來越多研究者的注意。作為其中關鍵的一環，各種新型催化材料也層出不窮。近日，中國科學技術大學的宋禮教授和江俊教授合作，推陳出新，獨辟蹊徑，利用催化效果最好的鉑金屬巧妙設計了遍布針尖的“松球結構”催化劑，在保持催化制氫效果不變的情況下，與商業鉑碳催化劑相比，鉑金屬的用量降低了近75倍，大大降低了催化劑的成本。相關成果在線發表在6月3日的《自然·能源》上。
宋禮教授課題組想到了一個好辦法，能夠最大化地使鉑原子處于催化劑的表面。首先，相對于之前的研究，他們選擇了單位質量下擁有最大表面的球形，將之前扁平的催化劑都做成一顆顆“球”，將以前局限在二維平面的反應改造成了三維立體的反應。曾經的一間小平房被改造成了一個球形小高層，可容納的人數——也就是可以發生反應的場地大大增加了。同時，每個鉑原子都位于球形的表面，保證了它們都在“生產一線”。這樣催化劑形成了一個表面滿是針尖的“球”，每個針尖都是一個單原子鉑，沒有“人”可以“躲”在后面偷懶。江俊教授說：“這個設計還帶來一個驚喜的附加效果，理論模擬發現，彎曲的球面會在尖端鉑原子處形成非常強的局域電場，相當于給鉑原子腳上加了一個加速履帶，可以進一步增強催化效率。”
審稿人高度評價：“這是一項關于單原子催化劑的相當復雜的研究，作者通過維度設計來調節電荷和局部電場，提高鉑原子的催化作用。我很欣賞這些有趣的想法。”
鉑金屬在電化學制氫反應中擁有很重要的地位，本工作最大限度地減少鉑用量但并未影響制氫反應催化效果，有望實現規模化應用;同時深入理解了催化劑效果與結構之間的聯系，為進一步優化催化劑的性能指明了方向。
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