廣東
導讀
7月10日凌晨，國際頂級學術(shù)期刊《科學》以“精準調(diào)控鉑殼金屬間化合物燃料電池催化劑的瞬態(tài)組裝”為題，在線刊發(fā)天津大學團隊最新研究成果。該研究開創(chuàng)性地提出了“瞬態(tài)組裝”策略，研發(fā)出毫秒級周期熱脈沖技術(shù)，實現(xiàn)鉑族金屬核殼結(jié)構(gòu)催化劑的超快合成與精準調(diào)控，為鉑族催化劑的原子級精準制備開辟了全新技術(shù)路徑。
鉑族金屬是支撐現(xiàn)代能源、化工、環(huán)境等產(chǎn)業(yè)的關鍵催化材料。高效精準地構(gòu)建鉑族與非貴金屬核殼結(jié)構(gòu)，是兼顧高催化活性與低貴金屬用量的關鍵技術(shù)。該結(jié)構(gòu)通過核殼界面原子耦合，誘導精細晶格應變和配體效應，激發(fā)鉑族金屬的超高催化活性。然而，傳統(tǒng)合成技術(shù)依賴長時高溫條件下多個熱力學平衡態(tài)的逐步轉(zhuǎn)化，工藝復雜、能耗高、精度低，成為鉑族金屬催化領域關切的熱點與技術(shù)瓶頸。
天津大學與合作者科研團隊經(jīng)過數(shù)年攻關，創(chuàng)新提出非平衡瞬態(tài)組裝策略，通過周期熱脈沖技術(shù)實現(xiàn)毫秒級精準供能，驅(qū)動納米晶在非平衡高能瞬態(tài)演變中完成核殼結(jié)構(gòu)組裝，同步實現(xiàn)鉑殼原子層厚度的精準調(diào)控。合成機制上的底層創(chuàng)新，帶來催化劑制造工藝的跨越式突破：傳統(tǒng)工藝需要數(shù)小時跨設備的制備流程，可縮短至數(shù)分鐘內(nèi)完成；新技術(shù)實現(xiàn)三原子層的精準鉑殼厚度，獲得最優(yōu)化的幾何電子效應和催化活性的充分釋放；合成時間的極致壓縮與能量的精準匯聚，實現(xiàn)單位質(zhì)量催化劑合成所需能耗降低90%。新技術(shù)合成催化劑在氫燃料電池中實現(xiàn)15.2千瓦每克鉑的額定功率，兼具優(yōu)異的耐久性。
該論文的通訊作者胡文彬教授表示：“該瞬態(tài)組裝策略為精細結(jié)構(gòu)貴金屬催化劑的精準高效制備提供了新思路，將有力促進國家能源與催化等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”得益于在合成效率與精度、催化性能以及綠色低能耗等方面的顯著優(yōu)勢，該技術(shù)有望拓展應用于依賴高性能鉑族催化劑的高端化工、環(huán)境催化、精細化學品和醫(yī)藥合成等重要領域，應用場景廣闊。
來源：天津大學
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