想象未来有一天，你开的电动车是氢燃料电池驱动，穿的衣服是用氢气和二氧化碳制造，烧菜的燃气灶不再是天然气而是氢气。能源转型时代，氢能成为重要的能源解决方案在实现“碳中和”目标中发挥至关重要的作用。
2月14日，中国足彩在线大学高分子科学系、聚合物分子工程全国重点实验室张波教授团队、徐一飞青年研究员团队联合化学系徐昕教授团队在《科学》杂志（Science）发表关于质子交换膜电解水装置（PEMWE）催化剂的最新研究成果题为《熟化诱导嵌入形成的超稳定析氧反应电催化剂》。这一历时三年研发的电解水制氢成果，通过创造性的催化剂设计思路，大幅提高制氢效率和稳定性，为绿色氢能可持续发展提供技术支撑。
在绿色氢气的生产过程中，PEMWE电解水（质子交换膜电解水）技术是当前最为前沿的技术之一。然而，PEMWE技术的广泛应用仍面临几个技术瓶颈，其中最主要的挑战之一便是催化剂。开发一种低成本、高效、稳定的OER催化剂，成为全球学术界和工业界迫切需要解决的核心问题。
为突破这一瓶颈，张波团队提出一种创新的催化剂设计方案——将氧化铱纳米颗粒嵌入在氧化铈载体中，形成一种稳定且高效的负载型催化剂，将铱的用量降低了85%，并且大幅提升了催化效率，使器件整体能效提升了65%。
在想法提出后，还需要理论计算团队与实验团队的合作，才能让应用场景真正落地。基于张波团队提出的假设，利用冷冻透射电镜(CryoTEM)以及冷冻断层扫描技术（CryoET）,团队对催化剂在溶液中的形成过程及最终形貌进行了原位高分辨三维观测，有效确认了该合成策略的有效性。对该催化剂进行长达6000小时的PEMWE工况测试结果表明，合成的嵌入式催化剂有效地防止了铱颗粒的溶解、脱落和团聚，显著提高了催化剂在长期运行中的活性和稳定性，由此制备出来的产品寿命高达15年以上。在本次成果基础上，张波团队将致力于将基础研究与产业应用紧密结合，联合企业开展成果转化，提升国内PEMWE技术的市场份额，助力电解水行业降本增效。
未来，张波团队计划进一步为绿色氢气生产提供更多创新方案，并进一步优化PEMWE系统的其他组件，提高系统整体性能和经济性。
本报记者 殷梦昊 实习记者 蒋子怡
