天津大学提出“瞬态组装”策略:铂族催化剂制备从数小时压缩至数分钟

核心摘要: 天津大学研究团队在铂族金属催化剂制备方向取得新进展 。团队提出“瞬态组装”策略, 并研发毫秒级周期热脉冲技术, 使铂族金属核壳结构催化剂能够在更短时间内完成合成与精准调控。相关成果已在线发表于《科学》。

📌 铂族催化剂为何重要

铂族金属长期被视为能源、化工和环境治理等领域的关键催化材料。 以氢燃料电池为例 , 催化剂的活性、稳定性以及贵金属用量, 直接影响系统性能和成本。

在这一方向上, 构建铂族金属与非贵金属组成的核壳结构 , 是兼顾高活性与低贵金属消耗的一条重要路径。通过核壳界面的原子耦合, 材料内部可产生晶格应变和配体效应, 从而进一步释放铂族金属的催化潜力。

🔍 传统工艺的瓶颈: 慢、耗能、难精准

已有合成方法通常依赖较长时间的高温处理, 并需要经历多个热力学平衡态的逐步转化 。这类路线虽然成熟, 但在工艺复杂度、能源消耗和结构调控精度上仍存在限制。

💡 毫秒级热脉冲带来“瞬态组装”

天津大学团队此次提出的是一种非平衡瞬态组装策略。 其核心在于利用周期热脉冲实现毫秒级精准供能 , 让纳米晶在短暂的高能非平衡状态中完成核壳结构组装。

与传统依靠长时间高温转化的思路不同, 这一路线更强调在极短时间窗口内调控材料演化过程 。根据已披露信息, 该技术可同步实现铂壳原子层厚度的精准控制, 并将铂壳厚度调至三原子层水平, 以获得更优的几何与电子效应。

📊 几个关键看点

• 流程更短: 传统需要数小时、跨设备完成的制备流程, 可被压缩至数分钟内完成。
• 调控更细: 新技术实现三原子层铂壳厚度的精准调控, 有助于释放催化活性。
• 能耗更低: 由于合成时间缩短、能量供应更集中, 单位质量催化剂制备能耗据称降低约 90%。
• 燃料电池性能突出: 采用该技术合成的催化剂在氢燃料电池中实现 15.2 千瓦每克铂的额定功率, 并表现出优异耐久性。

🚀 行业观察: 降铂与提效仍是燃料电池关键命题

氢燃料电池要进一步走向规模化应用, 催化剂成本和耐久性始终是绕不开的核心问题 。铂等贵金属性能优异, 但资源稀缺、价格较高, 因此如何减少用量并提升单位铂质量的输出能力, 是产业界和学术界共同关注的方向。