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　　首爾大學(xué)（Seoul National University）工學(xué)院宣布在環(huán)保制氫方面取得了重大進(jìn)展。由材料科學(xué)與工程系的Jin Young Kim教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組、國(guó)民大學(xué)（Kookmin University）的Chan Woo Lee教授和韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院（KIST）的Sung Jong Yoo博士合作，開發(fā)出了一種高度先進(jìn)的電化學(xué)催化劑。這一突破有望推動(dòng)下一代可持續(xù)制氫技術(shù)的發(fā)展。

　　該催化劑具有核殼結(jié)構(gòu)的釕基納米團(tuán)簇。盡管只含有少量的貴金屬，但它具有出色的性能和卓越的穩(wěn)定性。在工業(yè)規(guī)模的水電解系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)試時(shí)，它表現(xiàn)出令人印象深刻的效率，顯示出強(qiáng)大的商業(yè)應(yīng)用潛力。

　　這項(xiàng)研究發(fā)表在催化領(lǐng)域的權(quán)威期刊《能源環(huán)境科學(xué)》（Energy & Environmental Science）上。該研究被選為封面論文，突出了其創(chuàng)新方法和學(xué)術(shù)影響。

　　氫：一種清潔能源氫被廣泛認(rèn)為是一種清潔能源，因?yàn)樗紵龝r(shí)不排放二氧化碳，這使它成為化石燃料的有希望的替代品。生產(chǎn)環(huán)保氫氣的最有效方法之一是水電解，即用電將水分解成氫和氧。在各種電解方法中，陰離子交換膜電解（AEMWE）因其能夠產(chǎn)生高純度的氫氣而成為下一代技術(shù)，備受關(guān)注。然而，為了使AEMWE在商業(yè)上可行，需要既能提供高效率又能提供長(zhǎng)期穩(wěn)定性的催化劑。

　　目前，鉑（Pt）是應(yīng)用最廣泛的制氫催化劑，但其高成本和快速降解的特性帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)。雖然研究人員已經(jīng)探索了非貴金屬替代品，但這些材料通常效率低，穩(wěn)定性差，不適合工業(yè)使用。

　　為了克服這些限制，研究小組開發(fā)了一種基于釕（Ru）的新型核-殼納米簇催化劑，其成本效益是鉑的兩倍多。通過(guò)將催化劑尺寸減小到2納米（nm）以下，并將貴金屬的用量減少到傳統(tǒng)鉑基電極的三分之一，該團(tuán)隊(duì)取得了超越現(xiàn)有鉑催化劑的卓越性能。

　　新開發(fā)的催化劑的性能比具有相同貴金屬含量的鉑催化劑高4.4倍，為析氫反應(yīng)效率設(shè)定了新的基準(zhǔn)。此外，它還記錄了有史以來(lái)最高的析氫催化劑性能。其獨(dú)特的泡沫電極結(jié)構(gòu)優(yōu)化了反應(yīng)材料的供應(yīng)，即使在高電流密度下也能確保出色的穩(wěn)定性。

　　在工業(yè)規(guī)模的AEMWE測(cè)試中，與商用鉑催化劑相比，這種新型催化劑所需的功率大大降低。這一結(jié)果鞏固了其作為下一代水電解技術(shù)改變游戲規(guī)則解決方案的潛力。

　　開發(fā)過(guò)程涉及幾個(gè)關(guān)鍵的創(chuàng)新。首先，研究小組用過(guò)氧化氫處理泡沫鈦基底，形成薄薄的氧化鈦層。然后摻雜過(guò)渡金屬鉬（Mo）。接下來(lái)，氧化釕納米顆粒，尺寸只有1-2納米，被均勻地沉積在修飾的襯底上。

　　精確的低溫?zé)崽幚碚T導(dǎo)原子級(jí)擴(kuò)散，形成核殼結(jié)構(gòu)。在析氫反應(yīng)過(guò)程中，電化學(xué)還原過(guò)程進(jìn)一步增強(qiáng)了材料的性能，導(dǎo)致釕金屬芯被多孔還原單層二氧化鈦包裹，金屬鉬原子位于界面處。

　　展望未來(lái)，核殼納米團(tuán)簇催化劑有望顯著提高制氫效率，同時(shí)大幅減少所需貴金屬的數(shù)量，最終降低生產(chǎn)成本。它的高性能和經(jīng)濟(jì)可行性的結(jié)合使它成為氫燃料電池在汽車、環(huán)保交通系統(tǒng)、氫發(fā)電廠和各種工業(yè)應(yīng)用中的強(qiáng)有力的候選者。

　　除了實(shí)際應(yīng)用之外，這一突破代表了一項(xiàng)重大的技術(shù)進(jìn)步，可以加速?gòu)幕剂夏茉聪到y(tǒng)向氫驅(qū)動(dòng)經(jīng)濟(jì)的過(guò)渡。

　　Jin Young Kim教授強(qiáng)調(diào)了此次研究的影響，他說(shuō)：

　　“核殼催化劑雖然小于2納米，但表現(xiàn)出優(yōu)異的性能和穩(wěn)定性。”

　　“這一突破將對(duì)納米核殼器件制造技術(shù)和氫氣生產(chǎn)的發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)，使我們更接近碳中和的未來(lái)。”

　　另外，該研究的第一作者Hyun Woo Lim博士被選定為世宗政府獎(jiǎng)學(xué)金對(duì)象，并在首爾大學(xué)Kim教授的實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)進(jìn)行博士后研究。他目前的工作重點(diǎn)是進(jìn)一步開發(fā)和商業(yè)化核殼催化劑技術(shù)。