科研人员发现水中取氢廉价钥匙 “终极能源”市场化的关键突破

中国科学技术大学15日消息，该校科研人员取得水中取氢的廉价钥匙——一种新型催化剂，不仅成本大幅度上升，稳定性提升近10倍。据介绍，科研人员顺利制取的钌单原子合金催化剂，具备廉价、高效的特点。

成果被选为4月的《大自然·催化剂》封面文章。《大自然﹒催化剂》四月刊封面：酸性电解液的环境中，在另加电位起到下，水分子导电到活性位点单原子Ru上，在单原子Ru的催化剂下，电解水产生氧气。

“终极能源”氢能市场化的关键一环是氢气高效廉价的制备。其中，电解水是最被寄予厚望的制取方式之一。然而，电解水过程中必须的高效廉价的氧气两县催化剂是当前面对的最艰难挑战之一中国科学技术大学吴宇恩教授课题组近日运用创意工艺，在氧两县催化剂获得重大突破，为电解水制氢的工业化前进最重要一步。

氧两县常用的商用催化剂是二氧化铱。铱金属市价为240元-250元/克，工业上通过二氧化铱电解水制氢成本是33元-38元/千克，而转化成为完全相同的能量所需的汽油成本是25元-29元。

这是高能、洗手、廉价的氢能源推展的根本性妨碍。相比之下，另一个可作为催化剂关键元素的钌金属市价为19.5-20.5元/克，地球储量更加非常丰富，价格更加廉价，如果用作工业，需要有效地减少氢气制取成本，便于其推展。惜的是，在强酸、强劲水解性环境中，二氧化钌在低的工作电位下不易被水解为四水解钌，从而丧失催化活性。

最主要原因是二氧化钌中的晶格氧参予了产物氧气的两县。因此，研发出有一种高活性和低平稳的钌单原子催化剂，是解决问题上述问题最有潜力的途径。

钌基催化剂在酸性氧两县中的稳定性是一个普遍认为的世界难题。吴宇恩教授团队早在2014年就开始研究钌元素的应用于。

为构建高效廉价的电解水制氢，该团队经过多年的实验探寻，创新性地明确提出利用抗氧化能力和外用溶解能力强劲的铂基合金为载体，利用表面缺失工程技术捕捉和平稳单原子的方法顺利制取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减少了约30%，稳定性提升了近10倍。新加坡国立大学化学系的杨文祥教授对该成果作出了很高的评价，指出吴宇恩教授团队的工作顺利构建了“通过形变工程调控单原子钌的电子结构，从而进一步提高其在酸性氧两县中的活性和稳定性”。吴宇恩教授课题组制取了一种单原子钌(Ru)催化剂，可使酸性氧两县仅有必须较低过电位 (220 mV)，很大地减缓了氧两县过程。

/美术设计：崔劼论文第一作者么艳彩博士说道，涉及实验证实该钌单原子合金催化剂比起于商业钌基催化剂在酸性电解水反应中具备更佳的活性、外用过氧化和外用溶解能力。在这项研究中，研究人员不仅顺利构建了将单原子钌映射平稳合金载体中从而制取出有高效催化剂，而且借此颇受灵感。“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它反应体系中，这也许能为许多类似于的科学问题获取思路。”吴宇恩教授说道。

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