复旦大学团队在科学杂志发表突破性成果：高效电解水制氢新技术助力绿色能源发展

2月14日，Zhang Bo教授聚合物科学系和Fudan University聚合物分子工程的国家关键实验室，Xu Yifei的青年研究员团队和Xu Xin化学系教授发表了Proton Exchange exchance Mexchance exchance Meftern Tater Science In Science In Science In Science In Science in Science in Science in Science in Science in Science in Science中杂志（科学）该设备（PEMWE）催化剂的最新研究结果标题为“通过成熟诱导嵌入的超稳定氧气进化反应电催化剂”。电解水基生产的三年氢产生产生的结果大大提高了通过创造性催化剂设计思想的氢生产的效率和稳定性，从而为绿色氢能的可持续发展提供了技术支持。

在提高转化效率的同时，减少虹膜的使用

团队负责人告诉《上海证券新闻》，目前，彭姆威电解水技术是绿色氢生产中最尖端的技术之一。但是，其广泛的应用程序仍然面临许多技术瓶颈，主要挑战之一是催化剂的性能。目前使用的催化剂是虹膜及其氧化物（IRO），其高成本和稀缺限制了大规模应用。

同时，基于虹膜的催化剂的催化活性和稳定性无法满足未来的绿色氢能源行业的需求。因此，开发低成本，高效和稳定的催化剂已成为迫切需要在全球学术和行业中解决的核心问题。

成熟诱导的嵌入式催化剂的设计思想的示意图

上述负责人说，通过创造性的“成熟诱导的嵌入方法”，该研究合成了一个具有极高的催化活性和稳定性的虹膜/铜绿嵌入的支持的催化剂，从而显着提高了绿色氢的产生效率，同时降低了量贵金属。 ，为绿色氢能的可持续发展奠定了一个新的里程碑。该团队提出了一种创新的嵌入式催化剂设计方案，该方案显着提高了OER反应的效率和催化活性，同时降低了使用虹膜的使用。

“从图像上看，受支持的催化剂看起来像我们早餐时吃的大麻鳞茎。大麻鳞茎表面的芝麻是氧化虹膜的，正是这些“芝麻”起着催化作用。”张博说。但是这种结构导致了问题 - 在电解水氢生产过程中将产生大量气泡，这将不断侵蚀催化剂，从而使“种子”容易掉落。

我们如何使“种子”不容易掉落？

张博（张博。”在“魔术球”的想法之后，理论计算团队和实验团队进一步合作。化学系的Xu Xin教授首先通过独立开发的算法进行了严格的理论计算，以使“肉类球”的增长率与地表“种子”的增长率相匹配，从而确保“种子”达到一半的外部和一半的嵌入式效果。如果两者的生长速度不平衡，则“种子”可能会被“热球”完全吞没，或者仅粘在一点上，从而增加了脱落的风险。这种合作方法极大地加速了材料合成的预测时间。

据报道，研究小组通过在超声和加热下进一步利用了纳米晶体的自发生长（成熟）过程，并通过在载体生长速率和催化剂成核率之间构建匹配关系，从而将IRO纳米颗粒嵌入氧化岩纳米颗粒中。形成了稳定，有效的催化剂。

CRYOTEM/ET观察，KMC模拟和PEMWE工作状况的性能检测新催化剂形成过程

聚合物科学系的年轻研究人员Xu Yifei使用了冷传递电子显微镜（CRYOTEM）和冷冻电子层析成像技术（Cryoet），以清楚地看到通过时间分辨的合成过程的“冰期”粒子的增长和嵌入过程，可以更好地控制增长率。

该团队负责人说，研究团队进一步在催化剂上进行了长达6,000小时的PEMWE条件测试。结果表明，成熟诱导的嵌入方法有效地阻止了虹膜颗粒的溶解，掉落和聚集，从而在长期操作过程中显着改善了催化剂。当电流密度达到3A/cm²时，使用该催化剂的电池电压低至1.72V，电压衰减速率仅为1.3μV/h，而膜电极中贵金属的总负载量为0.4g /cm²，全面超过相关的国际标准（例如国家能源管理局的2026年设计指标）。根据实验结果，由此制备的PEMWE设备的寿命超过15年。

氢能将更广泛

随着全球对气候变化和能源过渡的反应的压力正在增加，作为一种有效且可持续的能源载体，绿色氢吸引了越来越多的关注。该小组告诉上海证券新闻记者，绿色氢具有三个基本用途：一种是用作能源载体，可以用作间歇性发电的能源储存介质，例如风能发电，光伏发电；另一种是用作减少燃料，可以取代化石燃料并用作还原燃料。在钢，冶金，工业，运输和电力领域；第三，作为碱性化学物质，它与行业发射的二氧化碳反应，并变成高价值的化学物质，例如甲醇，乙烯，乙醇甚至航空燃料。这三个属性在促进碳中立目标的实现方面起着至关重要的作用。氢被广泛认为是未来能源系统的重要组成部分，尤其是在支持能源多样化，减少温室气体排放和促进碳中立目标方面。

将来，研究小组计划进一步扩大基于独立催化剂设计和合成平台的低成本，高活动性和高稳定性催化剂材料的研究，以及高级研究方法，例如Creyotem，In-Situ Raman ，以及全原子KMC模拟，以扩大对绿色氢生产的低成本，高活性和高稳定性催化剂材料的研究，提供了更多创新的溶液。研究小组还计划依靠福丹大学（Fudan University）孵化的Shanhai氢（上海）新能源技术有限公司，以进一步促进成熟技术的生产，并促进我国绿色氢技术的发展。