中国日报合肥6月10日电（记者 朱立新）近日，英国自然出版集团旗下子刊《自然能源》以研究论文形式在线发表了中国科学技术大学科研团队的科研，称在电解水制氢催化剂研究方面取得突破。科学家们在保持催化制氢效果不变的情况下，大大降低了催化剂的用量，从而大幅度降低了成本。
据了解，电解水制氢由于零污染、零排放的优势而受到越来越多研究者的注意。作为其中关键的一环，各种新型催化材料也层出不穷。科学家们普遍认为,铂金属是电解水最理想的金属材料,但成本高昂，不利于大规模应用。
中国科学技术大学宋礼教授和江俊教授合作，利用铂金属巧妙设计了遍布针尖的“松球结构”催化剂，在保持催化制氢效果不变的情况下，与商业铂碳催化剂相比，铂金属的用量降低了近75倍。
据研究团队介绍，催化过程一般都发生在催化剂的表面，且参与反应的是单个或近邻的几个原子。那么按照传统方式制造的铂催化剂，表层的铂原子忙得不亦乐乎，内层的铂原子却只能“无所事事地干瞪眼”。怎样让催化剂中的铂原子“不吃大锅饭”，每个都动起来是研究团队要解决的问题。
宋礼课题组想到了一个办法，能够最大化地使铂原子处于催化剂的表面。首先，相对于之前的研究，他们选择了单位质量下拥有最大表面的球形，将之前扁平的催化剂都做成一颗颗“球”，将以前局限在二维平面的反应成了三维立体的反应。
同时，每个铂原子都位于球形的表面，了它们都在“生产一线”。这样催化剂形成了一个表面满是针尖的“球”，每个针尖都是一个单原子铂，没有“人”可以“躲”在后面偷懒。
江俊说：“这个设计还带来一个惊喜的附加效果，理论模拟发现，弯曲的球面会在尖端铂原子处形成非常强的局域电场，相当于给铂原子脚上加了一个加速履带，可以进一步增强催化效率。”
最后测试结果表明，当电解溶液中的反应物通过一颗颗的表面遍布针尖的“松球”时，形成氢气的速率大大增加。宋礼教授说：“在产氢量相同的情况下，我们设计的催化剂只需要一份铂，而传统商业铂碳催化剂则需要七八十份的铂，这在很大程度上降低了催化剂的成本。”
《自然能源》的审稿人高度评价这项研究，称：“这是一项关于单原子催化剂的相当复杂的研究，作者通过维度设计来调节电荷和局部电场，提高铂原子的催化作用。我很欣赏这些有趣的想法。”梦见鞭炮声