看“活字印刷術”如何為氫能轉化“提速”

“活字印刷術”策略合成多金屬活性中心單原子催化劑 海南大學供圖

在氫能利用領域，開發低價高性能非貴金屬催化劑對加速氫能轉化具有重要意義。海南大學南海海洋資源利用國家重點實驗室教授田新龍的“海洋清潔能源”創新團隊，從“活字印刷術”中獲得靈感，采用簡便、高效的“點對點”印刷策略優化單原子催化劑，突破多元活性中心單原子催化劑研究瓶頸。近日，相關研究成果以“活字印刷術合成高熵單原子催化劑”為題目發表在《自然—通訊》上。

單原子催化劑由于其獨特的電子結構，均一的活性中心和接近100%的原子利用率，在眾多催化反應中均展示出了優異的催化活性，展現出巨大的應用前景。此外，多元活性中心單原子往往能提供更多種類的活性中心，且相鄰原子間的協同作用也有益于提高其電催化活性，被認為是單原子催化劑的下一個突破口。

然而，目前的單原子催化劑的研究一般僅限于一元至二元單原子催化劑，對于多元活性中心單原子催化劑的研究報道很少，主要是難以實現將不同種類的金屬原子穩定的錨定在單一載體上，極大地限制了單原子催化劑的研究和應用領域。因此，迫切需要開發一種通用且高效的方法，來實現具有多元活性中心的單原子的可控合成。

據田新龍介紹，團隊的靈感來源于“活字印刷術”，首先精確合成11種單原子個體作為“活字”模板，將多孔碳載體作為“紙張”，在高溫焙燒條件下，實現了簡便、高效的“點對點”印刷，并成功合成了從五元到十一元的單原子催化劑。所制備的五元高熵單原子催化劑展現出了優異的催化活性、耐久性和器件性能。

據悉，該研究成果是田新龍團隊繼5月份在Cell子刊發表催化劑的精確設計與調控、催化機理和衰減機制解析、規模化合成和器件應用等論文后，在氫能利用領域取得的又一個突破。對于高效氫能轉換技術的開發，對推動燃料電池的大規模商業化和海南省氫能產業的可持續發展具有重要意義。