“活字印刷术”策略合成多金属活性中心单原子催化剂 海南大学供图
在氢能利用领域，开发低价高性能非贵金属催化剂对加速氢能转化具有重要意义。海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室教授田新龙的“海洋清洁能源”创新团队，从“活字印刷术”中获得灵感，采用简便、高效的“点对点”印刷策略优化单原子催化剂，突破多元活性中心单原子催化剂研究瓶颈。近日，相关研究成果以“活字印刷术合成高熵单原子催化剂”为题目发表在《自然—通讯》上。
单原子催化剂由于其独特的电子结构，均一的活性中心和接近100%的原子利用率，在众多催化反应中均展示出了优异的催化活性，展现出巨大的应用前景。此外，多元活性中心单原子往往能提供更多种类的活性中心，且相邻原子间的协同作用也有益于提高其电催化活性，被认为是单原子催化剂的下一个突破口。
然而，目前的单原子催化剂的研究一般仅限于一元至二元单原子催化剂，对于多元活性中心单原子催化剂的研究报道很少，主要是难以实现将不同种类的金属原子稳定的锚定在单一载体上，极大地限制了单原子催化剂的研究和应用领域。因此，迫切需要开发一种通用且高效的方法，来实现具有多元活性中心的单原子的可控合成。
据田新龙介绍，团队的灵感来源于“活字印刷术”，首先精确合成11种单原子个体作为“活字”模板，将多孔碳载体作为“纸张”，在高温焙烧条件下，实现了简便、高效的“点对点”印刷，并成功合成了从五元到十一元的单原子催化剂。所制备的五元高熵单原子催化剂展现出了优异的催化活性、耐久性和器件性能。
据悉，该研究成果是田新龙团队继5月份在Cell子刊发表催化剂的精确设计与调控、催化机理和衰减机制解析、规模化合成和器件应用等论文后，在氢能利用领域取得的又一个突破。对于高效氢能转换技术的开发，对推动燃料电池的大规模商业化和海南省氢能产业的可持续发展具有重要意义。
相关论文信息： https://doi.org/10.1038/s41467-022-32850-8