“松球结构”催化剂大幅降低电解水制氢成本

日前，从中国科学技术大学获悉，该校宋礼教授和江俊教授合作，在电解水制氢研究中，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，与商业铂碳催化剂相比，铂金属的用量仅为原来的七十五分之一，大大降低了催化剂的成本。相关成果日前在线发表于《自然·能源》上。

传统催化剂的催化过程一般都发生在催化剂的表面，且参与反应的是单个或近邻的几个原子。传统铂催化剂表层的铂原子忙得不亦乐乎，内层的铂原子却只能无所事事。怎样让催化剂中的铂原子不吃大锅饭，每个都动起来呢？

课题组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都做成一颗颗“球”，将以前局限在二维平面的反应改造成了三维立体的反应。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”。这样催化剂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。”

最后测试结果表明，当电解溶液中的反应物通过一颗颗的表面遍布针尖的“松球”时，形成氢气的速率大大增加。