复旦大学张波团队突破性研发铱/铈嵌入式催化剂，灵感源自中国传统麻球

时间：2025-02-14 08:00作者：admin分类：大千世界浏览：208评论：0

从麻球获得灵感，复旦突破性成果全面超出国际标准，将加速绿氢产业化__从麻球获得灵感，复旦突破性成果全面超出国际标准，将加速绿氢产业化

这是一个灵感来自中国传统小吃麻球的重大突破。

复旦大学高分子科学系教授张波与绿氢打交道多年，如何降低生产成本是他整天琢磨的事情。

麻球主要由糯米制成，只是表面沾了一层芝麻。一次吃着麻球，张波突发奇想：最前沿的PEM（质子交换膜）电解水制氢所需的催化剂，含铱量高达85%，而1克铱的成本是1300元，比黄金还要贵两倍以上。能否像麻球一样，只在表面覆盖一层催化剂？芝麻容易脱落，他既而联想到种在牙床上的牙齿，能否仿效把“芝麻”的一半种在麻球里？

这一电光石火的灵感，经过整整3年的合力攻关成为现实。复旦大学张波、徐一飞、段赛、徐昕合作团队，首创性地合成了具有极高催化活性和稳定性的铱/铈嵌入式催化剂，成本降低了85%，能效提高了65%；在国际上首次实现并超越美国能源部设定的2026年PEM电解水设备性能指标。北京时间2月14日凌晨，这一里程碑式成果在国际权威学术期刊《科学》发表。

【未来全球经济发展的重要引擎】

随着二氧化碳浓度逐年升高，全球平均温度比1920年上升1.42℃，应对气候变化和能源转型的压力日益加剧。氢气燃烧的产物只有水，具有清洁环保的优点，因此氢气成为构建脱碳能源体系和缓解全球气候变暖的关键，甚至被视为未来全球经济发展的重要引擎，而零碳的绿氢作为一种高效、可持续的能源载体，越来越受到关注。

当下，国际上电解水制氢的主流技术路径是碱性电解水，但其启停太慢，需40分钟以上；且为了缺电时不停机，需低功率运行，氧气容易渗透，存在爆炸的危险。而PEM电解水技术最快可2分钟内启动，且高效安全，可以预见的是未来市场占比将持续增长，具有巨大的成长空间。

催化的效率直接决定了电解水反应的能效与经济性。目前，铱及其氧化物是唯一可在PEM阳极的强酸性环境下稳定工作的催化剂，但铱在地壳中的含量非常稀少，仅为千万分之一，加上其价格不菲，限制了PEM电解水的大规模商业化。因此，开发低成本、高性能的催化剂，成为全球学术界和工业界迫切需要解决的瓶颈问题。

【率先将冷冻电镜用于催化研究】

“听到‘种芝麻’的想法，我们也非常激动。”复旦大学化学系青年研究员段赛告诉解放日报记者，“这一想法是否真的可行，需要在理论上做出解释。”

复旦大学化学系徐昕教授团队通过自主研发的算法，严密地计算出 “麻球”（催化剂载体）和表面“芝麻”（催化剂）各自生长速度的匹配关系，使其恰好达成一半在外一半嵌入的效果。否则，如果二者的生长速度失衡，“芝麻”可能被“麻球”全部吞掉，或只粘附了一点、容易脱落。

“理论推导和实验的曲线图达到了惊人的一致，别人乍一看都不知道哪个是理论、哪个是实验，这说明策略是成功的。”段赛说。

如果催化剂的生长过程能够“眼见为实”，就能更好地控制生长速度。复旦大学高分子科学系青年研究员徐一飞利用冷冻透射电镜以及冷冻电子断层扫描技术，清楚地看到了“芝麻”长大和嵌入全过程，并揭示了超声和加热可以有效加快“麻球”的生长速率。

“一直以来冷冻电镜多用于结构生物学，在我和张波老师合作之前几乎没有人用它做催化材料方面的研究。”徐一飞告诉解放日报记者，这得益于复旦大学高分子科学系专门建立了国内首个面向软物质和纳米材料研究的冷冻电镜平台。

在三个团队的合力之下，研究人员利用纳米晶体在超声和加热作用下的自发长大过程，将“芝麻”（氧化铱）嵌入到“麻球”（氧化铈）中，首创了一种稳定且高效的载体型催化剂，极大地减少了铱的用量，破解了这一重要的瓶颈问题。

【“争取今年底商业化”】