本报讯4月15日，中国科学技术大学发布重要科技成果，该校吴宇恩教授课题组研制出一种廉价高效电解水催化剂，他们创新性地提出利用抗氧化能力和抗溶解能力强的铂基合金为载体，利用表面缺陷工程技术捕获和稳定单原子的方法成功制备了钌单原子合金催化剂，该钌单原子合金催化剂相对于商业钌基催化剂的过电位降低大约30%，稳定性提高近10倍。该成果被选为本月的《自然·催化》封面文章。
氢能市场化的关键一环，是氢气高效廉价的制取。其中，电解水是最被看好的制备方式之一。然而，电解水过程中必需的高效廉价的氧气析出催化剂，是当前面临的最困难挑战之一。氧析出常用的商用催化剂是二氧化铱。铱金属市价为240-250元/克，工业上通过二氧化铱电解水制氢成本是33-38元/千克，而转化为相同的能量所需的汽油成本仅为25-29元。这是高能、清洁、廉价氢能源推广的重大阻碍。
相比之下，另一个可作为催化关键元素的钌金属市价为19.5-20.5元/克，地球储量更丰富，价格更廉价，如果用于工业，能够有效降低氢气制备成本，便于其推广。但在强酸、强氧化性环境中，二氧化钌在高的工作电位下极易被氧化为四氧化钌，从而失去催化活性。最主要原因是，二氧化钌中的晶格氧参与了产物氧气的析出。因此，开发出一种高活性和高稳定的钌单原子催化剂，是解决上述问题最有潜力的途径。
钌基催化剂在酸性氧析出中的稳定性，是一个公认的世界难题。为实现高效廉价的电解水制氢，吴宇恩教授团队经过多年实验探索，成功实现将单原子钌嵌入稳定合金载体中，从而制备出高效催化剂。论文第一作者么艳彩博士说，相关实验证实该钌单原子合金催化剂相比于商业钌基催化剂在酸性电解水反应中具有更好的活性、抗过氧化和抗溶解能力。“利用金属/合金载体调控单原子电子结构的策略可以应用于其他反应体系中，这或许能为许多类似的科学问题提供思路。”吴宇恩教授说。（记者 桂运安）
