新型可开关催化材料为绿色氢能发展提供创新解决方案
2025-06-03 14:47
来源:生物化学和分子材料研究中心
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西班牙圣地亚哥德孔波斯特拉大学(CiQUS)的科研团队在催化材料领域取得重要突破,成功研发出一种具有可开关特性的新型催化材料。这项创新技术通过独特的结构设计和化学调控,实现了催化剂活性的精准控制,有望显著提升制氢系统的运行效率和使用寿命,为全球绿色氢能源的发展提供更可持续的技术支持。PdS x /CNF的合成与表征。a) PdS x /CNF 的制备方案 b) PdS x /CNF中位于 CNF 外部的PdS x纳米粒子的 STEM-EDS 映射图像,其中显示了 C(红色)、Pd(蓝色)和 S(黄色)原子。c) 最终 PdS x /CNF 材料的 HRTEM 图像。d) 位于台阶边缘(虚线圆圈)的无定形 PdS x粒子的 HRTEM 图像。e) 代表性 PdS x纳米粒子的 FFT。f) CNF 外部的 PdS x粒子的 HRTEM 图像。g) PdS x纳米粒子的尺寸分布直方图和高斯拟合。

该催化材料采用钯纳米颗粒与中空碳纳米纤维的复合结构,这种设计不仅能够有效保护催化剂活性成分,防止其在使用过程中发生聚集和降解,还赋予了材料可调控的催化特性。研究人员创新性地在系统中引入硫元素,构建了一个动态化学环境,使得催化剂能够在活性状态和休眠状态之间实现可逆转换。项目负责人María Giménez López表示:"这种智能催化材料就像是一个可以随时开关的水龙头,让我们能够根据实际需要精确控制产氢过程。"

相比传统催化剂,这种新型材料展现出显著的技术优势。在活性状态下,它能够高效促进水分解产氢;在非活性状态下,材料进入"休眠"模式,有效避免了不必要的能量消耗和性能衰减。实验数据显示,通过简单的电信号调节,该催化剂可以经历多次激活-休眠循环而不损失性能,大大延长了使用寿命。这一特性对于降低工业制氢成本、提高资源利用率具有重要意义。

该研究团队指出,这种可开关催化材料的应用前景不仅限于制氢领域。其设计理念和技术路线可以拓展到其他催化反应体系,为开发新一代智能催化材料提供了重要参考。随着研究的深入,这项技术有望在清洁能源生产、化工制造等多个领域发挥重要作用,推动相关产业向更加高效、可持续的方向发展。

更多信息: Carlos Herreros‐Lucas 等人,《自适应催化纳米界面用于控制氢析出:一种原位电化学方法》,《先进科学》(2025 年)。期刊信息: Advanced Science

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