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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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【光明日報(bào)】我國學(xué)者研制出廉價(jià)高效的“電解水制氫”催化劑

2019-04-19 光明日報(bào) 常河

【字體：大中小】

語音播報(bào)

　　近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳宇恩教授課題組運(yùn)用創(chuàng)新工藝，在氧析出催化劑研究中取得重大突破，將電解水制氫的工業(yè)化推進(jìn)重要一步，該成果被選為本月的《自然·催化》封面文章。

　　“終極能源”氫能市場化的關(guān)鍵一環(huán)是氫氣高效廉價(jià)的制取。其中，電解水是最被看好的制備方式之一。然而，電解水過程中必需的高效廉價(jià)的氧氣析出催化劑是當(dāng)前面臨的最困難挑戰(zhàn)之一，與“非鉑氧還原催化劑的開發(fā)”并稱為氫能高效利用領(lǐng)域的兩大“圣杯”。

　　氧析出常用的商用催化劑是二氧化銥。銥金屬市價(jià)為240~250元/克，工業(yè)上通過二氧化銥電解水制氫成本是33~38元/千克，而轉(zhuǎn)化為相同的能量所需的汽油成本是25~29元。這是高能、清潔、廉價(jià)的氫能源推廣的重大阻礙。相比之下，另一個(gè)可作為催化關(guān)鍵元素的釕金屬市價(jià)為19.5~20.5元/克，地球儲(chǔ)量更豐富、更廉價(jià)，如果用于工業(yè)，能夠有效降低氫氣制備成本，便于其推廣。

　　可惜的是，在強(qiáng)酸、強(qiáng)氧化性環(huán)境中，二氧化釕在高的工作電位下極易被氧化為四氧化釕，從而失去催化活性。最主要原因是二氧化釕中的晶格氧參與了產(chǎn)物氧氣的析出。因此，開發(fā)出一種高活性和高穩(wěn)定的釕單原子催化劑，是解決上述問題最有潛力的途徑。

　　釕基催化劑在酸性氧析出中的穩(wěn)定性是一個(gè)公認(rèn)的世界難題。吳宇恩教授團(tuán)隊(duì)早在2014年就開始研究釕元素的應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)高效廉價(jià)的電解水制氫，該團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年的實(shí)驗(yàn)探索，創(chuàng)新性地提出利用抗氧化能力和抗溶解能力強(qiáng)的鉑基合金為載體，利用表面缺陷工程技術(shù)捕獲和穩(wěn)定單原子的方法成功制備了釕單原子合金催化劑，該釕單原子合金催化劑相對于商業(yè)釕基催化劑的過電位降低了大約30%，穩(wěn)定性提高了近10倍。

　　新加坡國立大學(xué)化學(xué)系的楊文祥教授對該成果做出了很高的評價(jià)，認(rèn)為吳宇恩教授團(tuán)隊(duì)的工作成功實(shí)現(xiàn)了“通過應(yīng)力工程調(diào)控單原子釕的電子結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步提高其在酸性氧析出中的活性和穩(wěn)定性”。

　　《自然·催化》四月刊封面：酸性電解液的環(huán)境中，在外加電位作用下，水分子吸附到活性位點(diǎn)單原子Ru上，在單原子Ru的催化下，電解水產(chǎn)生氧氣。

　　論文第一作者么艷彩博士說，相關(guān)實(shí)驗(yàn)證實(shí)該釕單原子合金催化劑相比于商業(yè)釕基催化劑在酸性電解水反應(yīng)中具有更好的活性、抗過氧化和抗溶解能力。

　　在這項(xiàng)研究中，研究人員不僅成功實(shí)現(xiàn)了將單原子釕嵌入穩(wěn)定合金載體中從而制備出高效催化劑，而且從中深受啟發(fā)?！袄媒饘?合金載體調(diào)控單原子電子結(jié)構(gòu)的策略可以應(yīng)用于其他反應(yīng)體系中，這或許能為許多類似的科學(xué)問題提供思路。”吳宇恩教授說。

　　專家稱，高效廉價(jià)制取氫氣的一個(gè)“圣杯”即將被科研人員奪取，這標(biāo)志著向氫能廣泛應(yīng)用的綠色未來邁進(jìn)了一大步。

　?。ㄔd于《光明日報(bào)》 2019-04-19 08版）

　　近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳宇恩教授課題組運(yùn)用創(chuàng)新工藝，在氧析出催化劑研究中取得重大突破，將電解水制氫的工業(yè)化推進(jìn)重要一步，該成果被選為本月的《自然·催化》封面文章。
　　“終極能源”氫能市場化的關(guān)鍵一環(huán)是氫氣高效廉價(jià)的制取。其中，電解水是最被看好的制備方式之一。然而，電解水過程中必需的高效廉價(jià)的氧氣析出催化劑是當(dāng)前面臨的最困難挑戰(zhàn)之一，與“非鉑氧還原催化劑的開發(fā)”并稱為氫能高效利用領(lǐng)域的兩大“圣杯”。
　　氧析出常用的商用催化劑是二氧化銥。銥金屬市價(jià)為240~250元/克，工業(yè)上通過二氧化銥電解水制氫成本是33~38元/千克，而轉(zhuǎn)化為相同的能量所需的汽油成本是25~29元。這是高能、清潔、廉價(jià)的氫能源推廣的重大阻礙。相比之下，另一個(gè)可作為催化關(guān)鍵元素的釕金屬市價(jià)為19.5~20.5元/克，地球儲(chǔ)量更豐富、更廉價(jià)，如果用于工業(yè)，能夠有效降低氫氣制備成本，便于其推廣。
　　可惜的是，在強(qiáng)酸、強(qiáng)氧化性環(huán)境中，二氧化釕在高的工作電位下極易被氧化為四氧化釕，從而失去催化活性。最主要原因是二氧化釕中的晶格氧參與了產(chǎn)物氧氣的析出。因此，開發(fā)出一種高活性和高穩(wěn)定的釕單原子催化劑，是解決上述問題最有潛力的途徑。
　　釕基催化劑在酸性氧析出中的穩(wěn)定性是一個(gè)公認(rèn)的世界難題。吳宇恩教授團(tuán)隊(duì)早在2014年就開始研究釕元素的應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)高效廉價(jià)的電解水制氫，該團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年的實(shí)驗(yàn)探索，創(chuàng)新性地提出利用抗氧化能力和抗溶解能力強(qiáng)的鉑基合金為載體，利用表面缺陷工程技術(shù)捕獲和穩(wěn)定單原子的方法成功制備了釕單原子合金催化劑，該釕單原子合金催化劑相對于商業(yè)釕基催化劑的過電位降低了大約30%，穩(wěn)定性提高了近10倍。
　　新加坡國立大學(xué)化學(xué)系的楊文祥教授對該成果做出了很高的評價(jià)，認(rèn)為吳宇恩教授團(tuán)隊(duì)的工作成功實(shí)現(xiàn)了“通過應(yīng)力工程調(diào)控單原子釕的電子結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步提高其在酸性氧析出中的活性和穩(wěn)定性”。
　　《自然·催化》四月刊封面：酸性電解液的環(huán)境中，在外加電位作用下，水分子吸附到活性位點(diǎn)單原子Ru上，在單原子Ru的催化下，電解水產(chǎn)生氧氣。
　　論文第一作者么艷彩博士說，相關(guān)實(shí)驗(yàn)證實(shí)該釕單原子合金催化劑相比于商業(yè)釕基催化劑在酸性電解水反應(yīng)中具有更好的活性、抗過氧化和抗溶解能力。
　　在這項(xiàng)研究中，研究人員不僅成功實(shí)現(xiàn)了將單原子釕嵌入穩(wěn)定合金載體中從而制備出高效催化劑，而且從中深受啟發(fā)?！袄媒饘?合金載體調(diào)控單原子電子結(jié)構(gòu)的策略可以應(yīng)用于其他反應(yīng)體系中，這或許能為許多類似的科學(xué)問題提供思路。”吳宇恩教授說。
　　專家稱，高效廉價(jià)制取氫氣的一個(gè)“圣杯”即將被科研人員奪取，這標(biāo)志著向氫能廣泛應(yīng)用的綠色未來邁進(jìn)了一大步。
　?。ㄔd于《光明日報(bào)》 2019-04-19 08版）

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