“中国科大教授研制出廉价高效的“电解水制氢”催化剂”

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近日，中国科技大学教授吴宇恩课题组运用创新技术，在析氧催化研究上取得重大突破，是推进电解水制氢工业化的重要一步，该成果入选本月《自然催化》封面文案。

终极能源、氢能市场化的关键是氢气的高效廉价制造。 其中电解水是最有前途的制造方法之一。 但是，电解水过程中所需的高效廉价析氧催化剂是目前面临的最困难的挑战之一，被誉为非铂氧还原催化剂开发和氢能高效利用行业的两大圣杯。

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，工业上利用二氧化铱电解水制氢的价格为33~38元/公斤，但转换为相同能源所需的汽油价格为25~29元。 这是高能、清洁、廉价氢能宣传的一大障碍。 与之相反，另一个可作为催化剂重要元素的钌金属市场价格为19.5~20.5元/克，地球储量丰富，更便宜，如果用于工业，可以比较有效地降低制氢价格，容易宣传。

遗憾的是，在强酸、强氧化性的环境中，二氧化钌在高电位下容易被氧化为四氧化钌，失去催化活性。 最大的原因是二氧化钌中的晶格氧与生成物氧的析出有关。 因此，开发高活性稳定的钌单原子催化剂是处理上述问题最有潜力的方法。

钌系催化剂在酸性氧析出中的稳定性是公认的世界性课题。 吴宇恩教授团队很早就开始研究钌元素的应用。 为了实现高效廉价的电解水制氢，该团队经过多年的实验探索，以抗氧化能力和耐溶解能力高的铂基合金为载体，采用表面缺陷工程技术成功捕获并稳定了单原子，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约30%，

新加坡国立大学化学系教授杨文祥高度评价了这一成果，认为吴宇恩教授团队的工作成功地通过应力工程控制了单原子钌的电子结构，进一步提高了其在酸性氧析出中的活性和稳定性。

《自然催化剂》月刊封面:在酸性电解液的环境中，水分子通过外加电位吸附在活性位点的单原子ru上，在单原子ru的催化剂下电解水产生氧气。

论文的第一作者艳彩博士说，通过相关实验证实了这种钌单原子合金催化剂在酸性电解水反应中的活性、过氧化、防溶解能力比商业钌系催化剂高。

该研究不仅成功地将单原子钌嵌入稳定的合金载体中制备了高效的催化剂，而且从中得到了启发。 利用金属/合金载体控制单原子电子结构的战略可以适用于其他反应体系，这也许可以为多个类似的科学问题提供思路。 吴宇恩教授说。

专家表示，高效廉价制造氢气的圣杯被科研人员夺走，标志着向氢能广泛使用的绿色未来迈出了一大步。 (常河)