酸性電解水單原子分散催化劑調控研究取得進展

隨著環境問題和能源問題日益突出，新能源汽車成為世界各大汽車廠商及研發機構的研究熱點，而其中燃料電池汽車以其高效率和近零排放被普遍認為具有廣闊的發展前景。燃料電池常用的燃料是氫氣，要想大規模發展燃料電池技術，就要大力發展低成本制H2的方法。如今，絕大多數的氫氣製備是通過「甲烷水蒸氣重整」的工藝，但面臨著CO2溫室氣體釋放，對環境不友好。而電解水制氫工藝過程簡單，無碳排放污染，是有望取代「甲烷水蒸氣重整」，成為製備氫燃料的下一代清潔方法。目前，電解水面臨的最大問題是制氫成本。工業上電解水制氫成本是33-38元/千克，1kg氫氣產生相同能量所對應的汽油成本是25-29元。因此，未來要想實現燃料電池技術取代內燃機，就必須大力發展高效廉價的催化劑來降低制氫成本。

圖1：氧析出和氧還原反應被稱為氫能高效利用領域的兩大聖杯。然而，在酸性氧析出運行環境中，不僅需要高過電位而且催化劑的穩定性很差，這就導致氧析出的動力學極其緩慢。下圖：吳宇恩課題組創新性地製備了一種單原子Ru催化劑。在該單原子Ru的催化下，酸性氧析出僅需要較低過電位 (220 mV)，極大地加快了氧析出過程。/美術設計：崔劼

圖2：《自然-催化》本期封面文章：酸性電解液的環境中，在外加電位作用下，水分子吸附到活性位點單原子Ru上，在單原子Ru的催化下，電解水產生氧氣。

來源：中國科學技術大學

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