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中国科大研制新型催化剂降低电解水制氢成本

来源:光明日报 2019-06-10 14:07中投投资咨询网 A-A+

   能源是文明永恒的主题,氢能作为一种高效的清洁可再生能源更是本世纪的一大热点。电解水制氢由于零污染、零排放的优势而受到越来越多研究者的注意。作为其中关键的一环,各种新型催化材料也层出不穷。近日,中国科学技术大学的宋礼教授和江俊教授合作,推陈出新,独辟蹊径,利用催化效果最好的铂金属巧妙设计了遍布针尖的“松球结构”催化剂,在保持催化制氢效果不变的情况下,与商业铂碳催化剂相比,铂金属的用量降低了近75倍,大大降低了催化剂的成本。相关成果在线发表在6月3日的《自然·能源》上。

  宋礼教授课题组想到了一个好办法,能够最大化地使铂原子处于催化剂的表面。首先,相对于之前的研究,他们选择了单位质量下拥有最大表面的球形,将之前扁平的催化剂都做成一颗颗“球”,将以前局限在二维平面的反应改造成了三维立体的反应。曾经的一间小平房被改造成了一个球形小高层,可容纳的人数——也就是可以发生反应的场地大大增加了。同时,每个铂原子都位于球形的表面,保证了它们都在“生产一线”。这样催化剂形成了一个表面满是针尖的“球”,每个针尖都是一个单原子铂,没有“人”可以“躲”在后面偷懒。江俊教授说:“这个设计还带来一个惊喜的附加效果,理论模拟发现,弯曲的球面会在尖端铂原子处形成非常强的局域电场,相当于给铂原子脚上加了一个加速履带,可以进一步增强催化效率。”

  审稿人高度评价:“这是一项关于单原子催化剂的相当复杂的研究,作者通过维度设计来调节电荷和局部电场,提高铂原子的催化作用。我很欣赏这些有趣的想法。”

  铂金属在电化学制氢反应中拥有很重要的地位,本工作最大限度地减少铂用量但并未影响制氢反应催化效果,有望实现规模化应用;同时深入理解了催化剂效果与结构之间的联系,为进一步优化催化剂的性能指明了方向。

关键词:新型催化剂 电解水制氢
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