中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（通訊員 趙暉 記者 陳欣然）7月10日凌晨，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》以“精準(zhǔn)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(xué)團(tuán)隊最新研究成果。該研究開創(chuàng)性提出“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(zhǔn)調(diào)控，為鉑族催化劑的原子級精準(zhǔn)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(guān)鍵催化材料。高效精準(zhǔn)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(guān)鍵技術(shù)。該結(jié)構(gòu)通過核殼界面原子耦合，誘導(dǎo)精細(xì)晶格應(yīng)變和配體效應(yīng)，激發(fā)鉑族金屬的超高催化活性。然而，傳統(tǒng)合成技術(shù)依賴長時間高溫條件下多個熱力學(xué)平衡態(tài)的逐步轉(zhuǎn)化，工藝復(fù)雜、能耗高、精度低，成為鉑族金屬催化領(lǐng)域關(guān)切的熱點與技術(shù)瓶頸。

天津大學(xué)與合作者科研團(tuán)隊經(jīng)過數(shù)年攻關(guān)，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(zhǔn)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(zhǔn)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(shè)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(zhǔn)鉑殼厚度，獲得最優(yōu)化的幾何電子效應(yīng)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(zhǔn)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。

“該瞬態(tài)組裝策略為精細(xì)結(jié)構(gòu)貴金屬催化劑的精準(zhǔn)高效制備提供了新思路，將有力促進(jìn)國家能源與催化等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”該論文的通訊作者胡文彬教授表示，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(yīng)用于依賴高性能鉑族催化劑的高端化工、環(huán)境催化、精細(xì)化學(xué)品和醫(yī)藥合成等重要領(lǐng)域，應(yīng)用場景廣闊。