韓國科學(xué)技術(shù)院研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種直接接觸光熱退火平臺(tái)，能在短短0.02秒內(nèi)產(chǎn)生高達(dá)3000℃的超高溫，快速合成高性能催化劑。與傳統(tǒng)方法相比，這項(xiàng)超快光熱工藝不僅大幅降低了制氫能耗，更將制氫效率提升了5倍，為清潔能源商業(yè)化鋪平了道路。相關(guān)研究成果發(fā)表于美國化學(xué)會(huì)旗下《納米》雜志。

圖片:419497_4191bdbf-b944-40ef-9ec7-f9a886385a86.jpg

研究示意圖

據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹，該平臺(tái)利用強(qiáng)大的光熱效應(yīng)，將化學(xué)性質(zhì)不活潑的納米金剛石前體，轉(zhuǎn)化為具有高導(dǎo)電性和催化活性的“碳納米洋蔥”。

“碳納米洋蔥”由多層同心石墨殼構(gòu)成，具有高導(dǎo)電性、大比表面積和優(yōu)異化學(xué)穩(wěn)定性，是理想的催化劑載體。然而傳統(tǒng)合成方法步驟繁瑣、能耗高、耗時(shí)長，限制了其規(guī)模化應(yīng)用。

為突破這些限制，研究團(tuán)隊(duì)將納米金剛石前體與吸光炭黑混合，再用氙燈施加強(qiáng)脈沖光。分子動(dòng)力學(xué)模擬證實(shí)，僅需0.02秒，納米金剛石就轉(zhuǎn)化為“碳納米洋蔥”。

該技術(shù)的另一大亮點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了“碳納米洋蔥”合成與單原子催化劑功能化的同步進(jìn)行。當(dāng)混合物中加入鉑等金屬前體時(shí)，它們會(huì)分解成單個(gè)原子，并牢牢錨定在新生成的“碳納米洋蔥”表面。隨后的快速冷卻過程可有效防止原子團(tuán)聚，完美實(shí)現(xiàn)了一步合成與功能化。

研究團(tuán)隊(duì)已制備出包括鉑、鈷、鎳在內(nèi)的8種高密度單原子催化劑。其中，鉑-碳納米洋蔥催化劑的析氫效率達(dá)到傳統(tǒng)催化劑的6倍，且貴金屬用量顯著減少。這項(xiàng)技術(shù)展現(xiàn)了在規(guī)模化、可持續(xù)制氫領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。