加错试剂却迎重大突破，我国科学家创造电解水制氢催化剂新纪录

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加错试剂却迎重大突破，我国科学家创造电解水制氢催化剂新纪录

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2024-08-20 09:16:44 字号：A- A A+ 来源：观察者网

他们用异丙醇代替酒精，进一步完善了这套非均匀形核体系。

更难的在于机制研究。

面对OER催化活性和稳定性远超预期的测试数据，课题组内部的讨论尤其热烈，甚至怀疑过是不是仪器出问题了。

面临的挑战也许刚刚开始。

李志恒这样比喻：

“我们就像海尔兄弟，有问题就出发。”

李志恒（左）和林高鑫（右）

研究团队通过对CAPist-L1成分、结构和形貌等逐项分析，终于发现在催化层和金属基底之间存在一层致密过渡层。

正是致密过渡层的存在，将催化层牢牢地锚定在金属基底上，提升了催化剂的活性和稳定性。

电子显微镜下的CAPist-L1 可以明显观察到过渡层（标记为红色）

随着研究的深入，更有趣的发现出现了，过渡层并非在催化剂形成初期产生，而是在浸泡4小时后才开始缓慢出现……

这相当于，先建了一栋房子然后再打地基，但却十分牢固。

研究团队分析认为，非均匀形核液相体系中的纳米颗粒在最初的催化剂生长后，体系中的纳米颗粒继续在边界处的狭小空间里辅助生长出致密的晶体结构。

过渡层随着时间生长的示意图（红色部分为后期标注）

CAPist-L1的制备过程简单、成本低廉。

将泡沫镍浸入准备好的非均匀形核液相体系中，在25°C条件下浸泡24h，取出后用去离子水冲洗干净，烘干后即得到。

性能方面，从2022年5月份开始，在1000 mA cm^-2的电流密度下，一直运行到2024年8月份，至今还未出现衰退的迹象。

其催化效率和稳定性远优于现已报道的催化剂。

不同催化剂活性和稳定性对比测试

研究团队将CAPist-L1作为阳极催化剂进一步实际应用到了阴离子交换膜电解水制氢中，在60 °C及以上运行条件下，展现出超过美国能源部指标的制氢活性（1.8 V, 2000 mA cm-2）的性能。

这意味着阴离子交换膜电解水制氢的短板终于被补上了！

阴离子交换膜电解水制氢示意图

说回来，催化剂的名称为什么叫CAPist-L1？

CAP代表人工光合作用与太阳能燃料中心，ist代表催化剂系列，L取自李志恒和林高鑫的姓氏首字母恰好都是L，1代表第一代催化剂。

而新开发的非均匀形核体系不只是用于OER催化剂，也可以开发其他类型催化剂。

前段时间，科普博主毕导恰巧在西湖演讲，他说：“我喜欢科学的不期而遇。”

看起来是实验中的一次意外，让人类离高效制造绿色氢气又离近一步。但这背后，离不开实验室长期的探索所带来的准确经验判断和敏锐的直觉。

如讲席教授孙立成所言：道法自然，机会永远留给有准备的人。

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