研究人員成功演示了八種不同金屬元素同步進(jìn)行原位單原子催化劑功能化。

韓國研究人員開發(fā)出一種關(guān)鍵方法，能將制氫效率提升六倍。這項(xiàng)由韓國科學(xué)技術(shù)院的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新型平臺技術(shù)，利用持續(xù)0.02秒的閃光產(chǎn)生高達(dá)5432華氏度（3000攝氏度）的超高溫。

他們強(qiáng)調(diào)，高性能催化劑的快速、節(jié)能合成是推進(jìn)制氫等清潔能源技術(shù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵障礙。

這一突破性工藝降低了能耗

研究團(tuán)隊(duì)聲稱，與常規(guī)方法相比，這一突破性工藝的能耗降低了一千倍以上，同時(shí)將制氫效率提升了高達(dá)六倍，這標(biāo)志著向商業(yè)化邁出了重要一步。

研究人員強(qiáng)調(diào)，利用強(qiáng)光熱能，他們成功地將化學(xué)惰性的納米金剛石前體轉(zhuǎn)化為高導(dǎo)電性和高催化活性的碳納米蔥。

"我們首次開發(fā)了一種直接接觸式光熱退火工藝，能在0.02秒內(nèi)達(dá)到3000攝氏度（5432華氏度），"材料科學(xué)與工程系的Il-Doo Kim教授說。"這種超快合成和單原子功能化平臺，與傳統(tǒng)方法相比，能耗降低了一千倍以上。我們預(yù)計(jì)它將加速氫能、氣體傳感和環(huán)境催化等技術(shù)的商業(yè)化。"

一步法重構(gòu)載體材料

更令人印象深刻的是，該方法能同時(shí)用單原子對新形成的碳納米蔥表面進(jìn)行功能化。根據(jù)新聞稿，這種一體化的一步法工藝，在一次光脈沖中即可重構(gòu)載體材料并嵌入催化功能，代表了催化劑合成領(lǐng)域的重大創(chuàng)新。

碳納米蔥廣泛用于能源和環(huán)境應(yīng)用，以其納米級表面曲率和多功能化潛力而聞名。

然而，碳納米蔥的合成面臨能耗高和后處理耗時(shí)等挑戰(zhàn)。

因此，研究人員引入了一種直接接觸退火平臺，該平臺可在1.4毫秒內(nèi)達(dá)到3030開爾文（升溫速率達(dá)2.2 × 10^6 K/s），利用黑色光熱劑在環(huán)境空氣下實(shí)現(xiàn)毫秒級的碳納米蔥合成。

"此外，我們成功演示了在碳納米蔥外表面上，用八種不同金屬元素同步進(jìn)行原位單原子催化劑功能化。一項(xiàng)關(guān)于鉑單原子催化劑功能化碳納米蔥的案例研究顯示，其析氫反應(yīng)性能出類拔萃，"研究人員在發(fā)表于《ACS Nano》的研究中表示。

成功合成八種不同的高密度單原子催化劑

研究團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)，對于單原子催化劑/碳納米蔥電催化劑的合成，直接接觸退火平臺為傳統(tǒng)的苛刻條件提供了一個(gè)有前景的替代方案，能夠以卓越的能源效率和可擴(kuò)展性優(yōu)勢，超快速、簡便地生產(chǎn)表面功能化催化劑，適用于先進(jìn)的能源應(yīng)用。

由同心石墨殼組成的碳納米蔥，因其高導(dǎo)電性、大比表面積和化學(xué)穩(wěn)定性而成為理想的催化劑載體。

然而，新聞稿指出，傳統(tǒng)的碳納米蔥合成受到以下因素的阻礙：負(fù)載金屬催化劑所需的復(fù)雜、多步驟后處理，以及對能耗高、耗時(shí)的熱處理方法的依賴，這限制了其可擴(kuò)展性。

研究人員還強(qiáng)調(diào)，他們成功合成了八種不同的高密度單原子催化劑，包括鉑、鈷和鎳。

由此產(chǎn)生的鉑-碳納米蔥催化劑，與常規(guī)催化劑相比，析氫效率提升了六倍，僅用極少量的貴金屬即實(shí)現(xiàn)了高性能。這凸顯了該技術(shù)在可擴(kuò)展和可持續(xù)制氫方面的潛力。

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