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加錯(cuò)試劑卻迎重大突破，我國科學(xué)家創(chuàng)造電解水制氫催化劑新紀(jì)錄

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2024-08-20 09:16:44 字號(hào)：A- A A+ 來源：觀察者網(wǎng)

他們用異丙醇代替酒精，進(jìn)一步完善了這套非均勻形核體系。

更難的在于機(jī)制研究。

面對(duì)OER催化活性和穩(wěn)定性遠(yuǎn)超預(yù)期的測試數(shù)據(jù)，課題組內(nèi)部的討論尤其熱烈，甚至懷疑過是不是儀器出問題了。

面臨的挑戰(zhàn)也許剛剛開始。

李志恒這樣比喻：

“我們就像海爾兄弟，有問題就出發(fā)?！?

?李志恒（左）和林高鑫（右）

研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)CAPist-L1成分、結(jié)構(gòu)和形貌等逐項(xiàng)分析，終于發(fā)現(xiàn)在催化層和金屬基底之間存在一層致密過渡層。

正是致密過渡層的存在，將催化層牢牢地錨定在金屬基底上，提升了催化劑的活性和穩(wěn)定性。

電子顯微鏡下的CAPist-L1 可以明顯觀察到過渡層（標(biāo)記為紅色）

隨著研究的深入，更有趣的發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了，過渡層并非在催化劑形成初期產(chǎn)生，而是在浸泡4小時(shí)后才開始緩慢出現(xiàn)……

這相當(dāng)于，先建了一棟房子然后再打地基，但卻十分牢固。

研究團(tuán)隊(duì)分析認(rèn)為，非均勻形核液相體系中的納米顆粒在最初的催化劑生長后，體系中的納米顆粒繼續(xù)在邊界處的狹小空間里輔助生長出致密的晶體結(jié)構(gòu)。

過渡層隨著時(shí)間生長的示意圖（紅色部分為后期標(biāo)注）

CAPist-L1的制備過程簡單、成本低廉。

將泡沫鎳浸入準(zhǔn)備好的非均勻形核液相體系中，在25°C條件下浸泡24h，取出后用去離子水沖洗干凈，烘干后即得到。

性能方面，從2022年5月份開始，在1000 mA?cm^-2的電流密度下，一直運(yùn)行到2024年8月份，至今還未出現(xiàn)衰退的跡象。

其催化效率和穩(wěn)定性遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)已報(bào)道的催化劑。

不同催化劑活性和穩(wěn)定性對(duì)比測試

研究團(tuán)隊(duì)將CAPist-L1作為陽極催化劑進(jìn)一步實(shí)際應(yīng)用到了陰離子交換膜電解水制氫中，在60 °C及以上運(yùn)行條件下，展現(xiàn)出超過美國能源部指標(biāo)的制氫活性（1.8 V, 2000 mA?cm-2）的性能。

這意味著陰離子交換膜電解水制氫的短板終于被補(bǔ)上了！

陰離子交換膜電解水制氫示意圖

說回來，催化劑的名稱為什么叫CAPist-L1？

CAP代表人工光合作用與太陽能燃料中心，ist代表催化劑系列，L取自李志恒和林高鑫的姓氏首字母恰好都是L，1代表第一代催化劑。

而新開發(fā)的非均勻形核體系不只是用于OER催化劑，也可以開發(fā)其他類型催化劑。

前段時(shí)間，科普博主畢導(dǎo)恰巧在西湖演講，他說：“我喜歡科學(xué)的不期而遇?！?

看起來是實(shí)驗(yàn)中的一次意外，讓人類離高效制造綠色氫氣又離近一步。但這背后，離不開實(shí)驗(yàn)室長期的探索所帶來的準(zhǔn)確經(jīng)驗(yàn)判斷和敏銳的直覺。

如講席教授孫立成所言：道法自然，機(jī)會(huì)永遠(yuǎn)留給有準(zhǔn)備的人。

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- 原標(biāo)題：加錯(cuò)試劑卻迎來重大突破｜西湖大學(xué)創(chuàng)造電解水制氫催化劑新紀(jì)錄
- 責(zé)任編輯: 林鈴錦
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