西湖大学网站8月19日音讯，近来，西湖大学孙立成教授团队在Nature Catalysis上宣布了研讨文章。他们开发了一种根据非均匀形核液相系统的催化剂制备工艺，即向溶液中人为引进不溶纳米颗粒，在常温、常压条件下经过简略浸泡法，一步组成非贵金属催化剂——CAPist-L1。

  一款新式催化资料被浸在碱性水中，外表源源不断地发生气泡，它已经在安培级电流密度下安稳工作了19000小时。也就是说，两年多时刻过去了，这个小小方块毫无阑珊的痕迹。

  这是阴离子交流膜电解水制氢（AEM-WE）的试验现场。此前，AEM-WE技能受制于氧气分出反响（OER）催化剂难以在大电流密度下保持太久的难题，一向没完成工业化。西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心（CAP）在这一资料上取得重大打破。经年累月的探究之后，试验中的一次意外，奇特地完成了“助攻”，成了上天眷顾的“临门一脚”。

  氢气，无疑是清洁、高效、可持续的动力。它的焚烧，只发生水，并且氢气焚烧发生的热量是天然气的2.56倍，是一般汽油的2.95倍。

  氢原子无处不在，它仅仅被“捆绑”在水中。自然界的光合作用就有把水“拆开”的法力。

  而孙立成团队二十多年来研讨并仿照这种才能，在光合作用以及清洁动力的研讨上完成了许多打破。

  如Ru-bda新式催化剂的开发，解密光合作用“椅子戏法”的要害一环等等。

  学过初中化学都知道，电解水能够发生氢气和氧气，但这样的一个进程需求催化剂，否则会消耗极大的电能，底子不划算。

  现在，低温电解水制绿色氢气技能大致上能够分为：碱性电解槽电解水制氢（AWE）、质子交流膜电解水制氢（PEM-WE）、阴离子交流膜电解水制氢（AEM-WE）。

  浅显讲，AEM-WE系统由阴离子交流膜离隔，让氧气和氢气在不同的电极处发生，阳极催化剂那一侧发生氧气，阴极催化剂那一侧则发生氢气。

  而化学反响有必要守恒，假定水变成两份氢气的话，一起也会生成一份氧气，所以，阳极催化剂的催化功率问题就约束了AEM-WE的开展。

  2022年4月，彼时在CAP做博士后的李志恒在一次运用浸泡法制备镍铁基OER催化剂时不小心把乙醇（酒精）当作去离子水运用，成果发现在泡沫镍上长出来的催化剂OER功能竟然适当的好，李志恒惊讶之下他闻了闻加错的试剂，心想：我没喝酒，肯定是你“喝酒”了。

  他们把样品拿到电镜下，发现这种催化剂好像花朵相同层层叠叠，孙立成教授其时就给它取名为“绣球花”。

  研讨团队猜想，正是这种难溶特性造成了硫酸盐在乙醇和水混合溶液中的分出，构成了含纳米级不溶颗粒物的非均匀形核液相系统，这为催化剂晶体的成长供给了开端的“核”。

  其实，大自然深谙这样的一个进程，例如雨、雪、冰雹等的构成，也需求比如尘埃作为相变所需的“核”。

  面临OER催化活性和安稳才能远超预期的测试数据，课题组内部的评论特别火热，乃至置疑过是不是仪器出问题了。

  研讨团队经过对CAPist-L1成分、结构和描摹等逐项剖析，总算发现在催化层和金属基底之间有一层细密过渡层。

  正是细密过渡层的存在，将催化层牢牢地锚定在金属基底上，提升了催化剂的活性和安稳性。

  跟着研讨的深化，更风趣的发现呈现了，过渡层并非在催化剂构成初期发生，而是在浸泡4小时后才开端缓慢呈现……

  研讨团队剖析以为，非均匀形核液相系统中的纳米颗粒在开端的催化剂成长后，系统中的纳米颗粒持续在鸿沟处的狭隘拥堵的空间里辅佐成长出细密的晶体结构。

  将泡沫镍浸入准备好的非均匀形核液相系统中，在25°C条件下浸泡24h，取出后用去离子水冲刷洁净，烘干后即得到。

  功能方面，从2022年5月份开端，在1000 mA cm-2的电流密度下，一向运转到2024年8月份，至今还未呈现阑珊的痕迹。

  研讨团队将CAPist-L1作为阳极催化剂进一步实践使用到了阴离子交流膜电解水制氢中，在60 °C及以上运转条件下，展现出超越美国动力部目标的制氢活性（1.8 V, 2000 mA cm-2）的功能。

  CAP代表人工光合作用与太阳能燃料中心，ist代表催化剂系列，L取自李志恒和林高鑫的姓氏首字母刚好都是L，1代表第一代催化剂。

  而新开发的非均匀形核系统不仅仅用于OER催化剂，也能够开发其他类型催化剂。

  看起来是试验中的一次意外，让人类离高效制作绿色氢气又离近一步。但这背面，离不开试验室长时间的探究所带来的精确经历判别和敏锐的直觉。