中国科学技术大学昨天（6.6）公布，中科大宋礼教授与江俊教授合作在电解水制氢研究领域取得新进展。他们利用催化效果最好的铂金属巧妙设计了遍布针尖的“松球结构”催化剂，在保持催化制氢效果不变的情况下，与商业铂碳催化剂相比，铂金属的用量仅有原来的七十五分之一，大大降低了催化剂的成本。相关成果在线发表在6月3号的著名学术期刊《自然·能源》上。安徽台记者王莹、通讯员范琼报道：
能源是文明永恒的主题，氢能作为一种高效的清洁可再生能源更是本世纪的一大热点。电解水制氢由于零污染、零排放的优势而受到越来越多研究者的注意。作为其中关键的一环，各种新型催化材料也层出不穷。
按照传统方式制造的铂催化剂，催化过程一般都发生在催化剂表面，而且参与反应的是单个或近邻的几个原子，这样就会导致表层的铂原子忙得不亦乐乎，内层的铂原子却无所事事，这势必会影响电解水制氢的效率。宋礼教授：（出录音）“就好比《红楼梦》中的贾府，干活的几个人忙的团团转，但是一堆闲杂人等消耗成本却毫无所出。所以说我们就想到怎样让催化剂中的铂原子不吃‘大锅饭’，每个金属原子都动起来，来最大化地使这种金属原子处于催化剂的表面。”
对此，宋礼教授课题组想到了一个好办法。相对于之前的研究，他们选择了单位质量下拥有最大表面的球形，将之前扁平的催化剂都做成一颗颗“球”，将以前局限在二维平面的反应改造成了三维立体的反应。这就好比是曾经的一间小平房被改造成了一个球形小高层，可以发生反应的场地大大增加了。同时，每个铂原子都位于球形的表面，保证它们都在“生产一线”。这样，催化剂形成了一个表面满是针尖的“球”，每个针尖都是一个单原子铂，没有“人”可以“躲”在后面偷懒。
“松球”是曲面的，它上面的单原子就变成了类似松球上的一个个针尖。科研人员还发现，这种“松球+针尖”的巧妙设计带来了意外的惊喜。江俊教授：（出录音）“松球结构恰好是一层套一层的，所以它就变成了一个微小的电容器。它就像水库容纳了很多带有能量的电子。‘松球’上的电荷一旦用完，马上就有现成的补充，这比传统的从较远的电极那里运送电荷过来就高效很多了。这相当于同时提升了反应物和能量的运送，还有反应产物（氢气）的收集。”
测试结果表明，在产氢量相同的情况下，“松球结构”催化剂只需要一份铂，而传统商业铂碳催化剂则需要七八十份的铂，这在很大程度上降低了催化剂的成本。
这项成果最大限度地减少铂用量但并未影响制氢反应催化效果，有望实现规模化应用；同时，深入理解了催化剂效果与结构之间的联系，为进一步优化催化剂的性能指明了方向。
