由香港大學(xué)周振榮教授領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種新型催化劑，有望解決大規(guī)模生產(chǎn)綠色氫氣過程中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題。這項(xiàng)創(chuàng)新使得在當(dāng)前主流的質(zhì)子交換膜電解槽所必需的強(qiáng)酸性環(huán)境中，也能高效、穩(wěn)定地生產(chǎn)氧氣，從而提升整個(gè)制氫過程的效率。

　　該研究團(tuán)隊(duì)由香港大學(xué)機(jī)械工程系的博士研究生林慈牽頭，相關(guān)成果已發(fā)表在《ACS能源快報(bào)》期刊上。綠色氫氣被視為推動(dòng)鋼鐵、化工、運(yùn)輸?shù)榷鄠�(gè)高排放行業(yè)脫碳的重要清潔燃料。其中，質(zhì)子交換膜電解槽因其結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)迅速而受到青睞，但其在強(qiáng)酸性條件下運(yùn)行，對負(fù)責(zé)析氧反應(yīng)的催化劑要求極高。目前普遍使用的催化劑依賴銥等稀有貴金屬，成本高昂，而其他替代材料往往耐久性不足，制約了綠色氫氣的規(guī)模化與商業(yè)化應(yīng)用。

　　研究團(tuán)隊(duì)提出的解決方案是一種新型復(fù)合催化劑。該催化劑由分散在氧溴化錳微顆粒上的單個(gè)釕原子構(gòu)成。在電解過程中，催化劑表面能自發(fā)“動(dòng)態(tài)重構(gòu)”，形成一層極薄的保護(hù)層。這層保護(hù)膜如同皮膚，既能有效保護(hù)催化劑核心結(jié)構(gòu)免受強(qiáng)酸性環(huán)境的腐蝕，又能維持其高催化活性，從而實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定、高效地產(chǎn)氧。

　　通過先進(jìn)的表征技術(shù)與計(jì)算機(jī)模擬，研究人員證實(shí)，這種自形成的保護(hù)層能夠引導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)朝向更高效、更安全的路徑進(jìn)行。它促進(jìn)了直接由水生成氧氣的過程，同時(shí)抑制了可能破壞催化劑結(jié)構(gòu)的副反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室測試數(shù)據(jù)顯示，該催化劑在啟動(dòng)制氫反應(yīng)時(shí)僅需增加208.3毫伏的電壓即可達(dá)到典型工作電流密度。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，其連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間超過1400小時(shí)而性能未發(fā)生明顯衰減，在高電流密度下也能穩(wěn)定運(yùn)行超過200小時(shí)。

　　周振榮教授對此評論道：“這種方法可以指導(dǎo)下一代清潔氫能和其他電化學(xué)過程材料的開發(fā)，加速綠色能源解決方案在航運(yùn)、航空、電網(wǎng)和長期儲(chǔ)能等行業(yè)的應(yīng)用。” 這項(xiàng)研究不僅展示了一種在酸性介質(zhì)中兼具高效率、長壽命且釕用量少的催化劑，也為未來設(shè)計(jì)通過自重構(gòu)機(jī)制實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)的耐用催化劑提供了新的設(shè)計(jì)思路。

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