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        中国科大教授研制出廉价高效的电解水制氢催化剂

        2019年04月19日08:41  来源光明日报
         

        近日中国科学技术大学吴宇恩教授课题组运用创新工艺在氧析出催化剂研究中取得重大突破将电解水制氢的工业化推进重要一步该成果被选为本月的自然催化封面文章

        终极能源氢能市场化的关键一环是氢气高效廉价的制取其中电解水是最被看好的制备方式之一然而电解水过程中必需的高效廉价的氧气析出催化剂是当前面临的最困难挑战之一与非铂氧还原催化剂的开发并称为氢能高效利用领域的两大圣杯

        氧析出常用的商用催化剂是二氧化铱铱金属市价为240~250元/克工业上通过二氧化铱电解水制氢成本是33~38元/千克而转化为相同的能量所需的汽油成本是25~29元这是高能清洁廉价的氢能源推广的重大阻碍相比之下另一个可作为催化关键元素的钌金属市价为19.5~20.5元/克地球储量更丰富更廉价如果用于工业能够有效降低氢气制备成本便于其推广

        ?#19978;?#30340;是在?#20811;?#24378;氧化性环境中二氧化钌在高的工作电位下极易被氧化为四氧化钌从而失去催化活性最主要原因是二氧化钌中的晶格氧参与了产物氧气的析出因此开发出一种高活性和高稳定的钌单原子催化剂是解决上述问题最有潜力的途径

        钌基催化剂在酸性氧析出中的稳定性是一个公认的世界难题吴宇恩教授团队早在2014年就开始研究钌元素的应用为实现高效廉价的电解水制氢该团队经过多年的实验探索创新性地提出利用抗氧化能力和抗溶解能力强的铂基合金为载体利用表面缺陷工程技术捕获和稳定单原子的方法成功制备了钌单原子合金催化剂该钌单原子合金催化剂相对于商业钌基催化剂的过电位降低了大约30%稳定性提高了近10倍

        新加坡国立大学化学系的杨文祥教授对该成果做出了很高的评价认为吴宇恩教授团队的工作成功实现了通过应力工程调控单原?#23431;?#30340;电子结构从而进一?#25945;?#39640;其在酸性氧析出中的活性和稳定性

        自然催化四月刊封面酸性电解液的环境中在外加电位作用下水分?#28216;降?#27963;性位点单原子Ru上在单原子Ru的催化下电解水产生氧气

        论文第一作者么艳彩博?#20811;?#30456;关实验证实该钌单原子合金催化剂相比于商业钌基催化剂在酸性电解水?#20174;?#20013;具有更好的活性抗过氧化和抗溶解能力

        在这项研究中研究人员不仅成功实现了将单原?#23431;?#23884;入稳定合金载体中从而制备出高效催化剂而且从中深受启发利用金属/合金载体调控单原子电子结构的策略可以应用于其他?#20174;?#20307;系中这或许能为许多类似的科学问题提供思路吴宇恩教授说

        专?#39029;ƣ?#39640;效廉价制取氢气的一个圣杯即将被科研人?#20493;?#21462;这标志着向氢能广泛应用的绿色未来迈进了一大步常河

        (责编闻佳琪(实习生)熊旭)

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