“活字印刷術(shù)”策略合成多金屬活性中心單原子催化劑 海南大學(xué)供圖

在氫能利用領(lǐng)域，開發(fā)低價高性能非貴金屬催化劑對加速氫能轉(zhuǎn)化具有重要意義。海南大學(xué)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(chuàng)新團隊，從“活字印刷術(shù)”中獲得靈感，采用簡便、高效的“點對點”印刷策略優(yōu)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(guān)研究成果以“活字印刷術(shù)合成高熵單原子催化劑”為題目發(fā)表在《自然—通訊》上。

單原子催化劑由于其獨特的電子結(jié)構(gòu)，均一的活性中心和接近100%的原子利用率，在眾多催化反應(yīng)中均展示出了優(yōu)異的催化活性，展現(xiàn)出巨大的應(yīng)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(xié)同作用也有益于提高其電催化活性，被認(rèn)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(xiàn)將不同種類的金屬原子穩(wěn)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(yīng)用領(lǐng)域。因此，迫切需要開發(fā)一種通用且高效的方法，來實現(xiàn)具有多元活性中心的單原子的可控合成。

據(jù)田新龍介紹，團隊的靈感來源于“活字印刷術(shù)”，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(xiàn)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(xiàn)出了優(yōu)異的催化活性、耐久性和器件性能。

據(jù)悉，該研究成果是田新龍團隊繼5月份在Cell子刊發(fā)表催化劑的精確設(shè)計與調(diào)控、催化機理和衰減機制解析、規(guī)模化合成和器件應(yīng)用等論文后，在氫能利用領(lǐng)域取得的又一個突破。對于高效氫能轉(zhuǎn)換技術(shù)的開發(fā)，對推動燃料電池的大規(guī)模商業(yè)化和海南省氫能產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。