科技日报北京10月22日电(记者刘霞)韩国科学技术院研究团队开发出一种直接接触光热退火平台,能在短短0.02秒内产生高达3000℃的超高温,快速合成高性能催化剂。与传统方法相比,这项超快光热工艺不仅大幅降低了制氢能耗,更将制氢效率提升了5倍,为清洁能源商业化铺平了道路。相关研究成果发表于美国化学会旗下《纳米》杂志。
研究示意图。图片来源:美国化学会《纳米》杂志
据研究团队介绍,该平台利用强大的光热效应,将化学性质不活泼的纳米金刚石前体,转化为具有高导电性和催化活性的“碳纳米洋葱”。
“碳纳米洋葱”由多层同心石墨壳构成,具有高导电性、大比表面积和优异化学稳定性,是理想的催化剂载体。然而传统合成方法步骤繁琐、能耗高、耗时长,限制了其规模化应用。
为突破这些限制,研究团队将纳米金刚石前体与吸光炭黑混合,再用氙灯施加强脉冲光。分子动力学模拟证实,仅需0.02秒,纳米金刚石就转化为“碳纳米洋葱”。
该技术的另一大亮点是实现了“碳纳米洋葱”合成与单原子催化剂功能化的同步进行。当混合物中加入铂等金属前体时,它们会分解成单个原子,并牢牢锚定在新生成的“碳纳米洋葱”表面。随后的快速冷却过程可有效防止原子团聚,完美实现了一步合成与功能化。
研究团队已制备出包括铂、钴、镍在内的8种高密度单原子催化剂。其中,铂-碳纳米洋葱催化剂的析氢效率达到传统催化剂的6倍,且贵金属用量显著减少。这项技术展现了在规模化、可持续制氢领域的巨大应用潜力。
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