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中國科學家成功製備廉價高效電解水氧析出催化劑

http://dailynews.sina.com   2019年04月15日 11:46   中國新聞網

  我科學家成功製備廉價高效電解水氧析出催化劑

  科技日報合肥4月15日電 (記者吳長鋒)記者15日從中國科學技術大學獲悉,該校吳宇恩教授課題組運用創新工藝,在氧析出催化劑方面取得重大突破,爲電解水制氫的工業化推進重要一步,該成果日前被選爲本月《自然-催化》封面文章。

  “終極能源”氫能市場化的關鍵一環是氫氣高效廉價的製取。其中,電解水是最被看好的製備方式之一。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之一,與“非鉑氧還原催化劑的開發”並稱爲氫能高效利用領域的兩大聖盃。

  氧析出常用的商用催化劑是二氧化銥。銥金屬價格昂貴,成爲高能、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,如用於工業,能夠有效降低氫氣製備成本。但由於在強酸、強氧化性環境中,二氧化釕在高電位下極易被氧化爲四氧化釕,從而失去催化活性。因此,開發出一種高活性和高穩定的釕單原子催化劑,成爲最有潛力的途徑。

  釕基催化劑在酸性氧析出中的穩定性是一個公認的世界難題。爲實現高效廉價的電解水制氫,科研團隊經過多年的實驗探索,創新性地提出利用抗氧化能力和抗溶解能力強的鉑基合金爲載體,利用表面缺陷工程技術捕獲和穩定單原子的方法成功製備了釕單原子合金催化劑,該釕單原子合金催化劑相對於商業釕基催化劑的過電位降低了大約30%,穩定性提高了近10倍。

  該成果不僅成功實現了將單原子釕嵌入穩定合金載體中從而製備出高效催化劑,而且利用金屬/合金載體調控單原子電子結構的策略,有望可以應用於其它反應體系中,爲許多類似的科學問題提供思路,標誌着向氫能廣泛應用的綠色未來邁進了一大步。

 
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