中科大研制出“松球结构”催化剂

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记者6月6日从中国科学技术大学获悉，该校宋礼教授与江俊教授合作在电解水制氢研究领域取得新进展，他们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，铂金属的用量仅有原来的1.3%左右，大大降低了催化剂的成本。相关成果在线发表在6月3日的著名学术期刊《自然·能源》上。

电解水制氢由于零污染、零排放的优势，受到越来越多研究者的注意，铂催化剂是当前电解水制氢的热门方向。但按照传统方式制造的铂催化剂，催化过程一般都发生在催化剂表面，且参与反应的是单个或近邻的几个原子，这样就会导致表层的铂原子忙得不亦乐乎，内层的铂原子却无所事事，这势必会影响电解水制氢的效率。如何让催化剂中的铂原子不吃“大锅饭”，在催化反应中每个铂原子都能动起来，成为科学家们深入思考的问题。

中科大宋礼教授课题组想到一个好办法，能够最大化地使铂原子处于催化剂的表面。首先，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做成一颗颗“球”，将以前局限在二维平面的反应改造成三维立体的反应，这样可以发生反应的场地就会大大增加。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”。如此一来，催化剂就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。”测试结果表明，当电解溶液中的反应物通过一颗颗表面遍布针尖的“松球”时，形成氢气的速率大大增加。

铂金属在电化学制氢反应中拥有很重要的地位，该研究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，同时为进一步优化催化剂的性能指明了方向。（记者 桂运安）