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中国科学家成功制备廉价高效电解水氧析出催化剂

2019年04月16日 02:46 来源:科技日报 

  我科学家成功制备廉价高效电解水氧析出催化剂

  科技日报合肥4月15日电 (记者吴长锋)记者15日从中国科学技术大学获悉,该校吴宇恩教授课题组运用创新工艺,在氧析出催化剂方面取得重大突破,为电解水制氢的工业化推进重要一步,该成果日前被选为本月《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。铱金属价格昂贵,成为高能、清洁、廉价的氢能源推广的重大阻碍。相比之下,钌金属地球储量更丰富,价格更廉价,如用于工业,能够有效降低氢气制备成本。但由于在强酸、强氧化性环境中,二氧化钌在高电位下极易被氧化为四氧化钌,从而失去催化活性。因此,开发出一种高活性和高稳定的钌单原子催化剂,成为最有潜力的途径。

  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。为实现高效廉价的电解水制氢,科研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。

  该成果不仅成功实现了将单原子钌嵌入稳定合金载体中从而制备出高效催化剂,而且利用金属/合金载体调控单原子电子结构的策略,有望可以应用于其它反应体系中,为许多类似的科学问题提供思路,标志着向氢能广泛应用的绿色未来迈进了一大步。

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