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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關鍵核心技術，努力搶占科技制高點，為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

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質子交換膜水電解制氫超低Pt/低Ir催化研究獲進展

2025-06-23 上海高等研究院

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語音播報

質子交換膜水電解制氫（PEMWE）具有低能耗、寬功率波動和高動態(tài)響應等優(yōu)勢，被認為是耦合可再生能源綠電制綠氫的優(yōu)選技術。但是，PEMWE高度依賴高用量鉑族金屬，制約了其規(guī)模應用。近日，中國科學院上海高等研究院楊輝團隊在PEMWE低貴金屬催化研究方面取得進展。

在陰極催化劑研究方面，該團隊通過自發(fā)沉積，在部分氧化的Ru納米粒子表面合成了Cl配體和Ru協(xié)同穩(wěn)定的Pt單原子催化劑——Pt₁Cl_0.5/Ru-NPs@RuO_x。這一催化劑展現(xiàn)出優(yōu)異的析氫反應（HER）性能。HER過電位僅13.2 mV，低于商業(yè)Pt/C催化劑。在PEMWE應用中，該催化劑Pt用量降至10 μg/cm²，采用Nafion 115膜在2 A/cm²電流密度下電解電壓為1.76 V，并在1 A/cm²下穩(wěn)定運行超1000小時，且運行后Pt原子未見團聚。研究顯示，Cl配體與Ru載體的協(xié)同作用形成穩(wěn)定的Pt-Cl-Pt配位結構，突破了Pt單原子催化劑器件應用穩(wěn)定性的瓶頸。相關成果發(fā)表在《德國應用化學》上。

在陽極催化劑研究方面，該團隊通過硫摻雜改性IrO₂，實現(xiàn)了氧析出反應路徑從傳統(tǒng)吸附演化機理向晶格氧機理的切換。硫摻雜誘導IrO₂晶格膨脹，形成非鍵氧態(tài)作為電子犧牲劑，在提升催化活性的同時維持了Ir-O鍵級的穩(wěn)定性。團隊通過這一催化劑將Ir用量從1.0~1.5mg/cm²降至0.3 mg/cm²，采用Nafion 115膜與GORE 80μm膜在2.0 A/cm²電密下電解電壓分別為1.77?V與1.69 V，且在1.0 A/cm²下運行1000小時電壓衰減率僅為16.6 μV/h。相關成果發(fā)表在《先進材料》上。

上述兩方面的成果分別從陰極Pt單原子穩(wěn)定化和陽極Ir基催化劑機理調控出發(fā)，降低了PEMWE對貴金屬的依賴，為綠氫規(guī)?；a(chǎn)奠定了技術基礎。

質子交換膜水電解制氫超低Pt/低Ir催化研究獲進展

質子交換膜水電解制氫（PEMWE）具有低能耗、寬功率波動和高動態(tài)響應等優(yōu)勢，被認為是耦合可再生能源綠電制綠氫的優(yōu)選技術。但是，PEMWE高度依賴高用量鉑族金屬，制約了其規(guī)模應用。近日，中國科學院上海高等研究院楊輝團隊在PEMWE低貴金屬催化研究方面取得進展。在陰極催化劑研究方面，該團隊通過自發(fā)沉積，在部分氧化的Ru納米粒子表面合成了Cl配體和Ru協(xié)同穩(wěn)定的Pt單原子催化劑——Pt1Cl0.5/Ru-NPs@RuOx。這一催化劑展現(xiàn)出優(yōu)異的析氫反應（HER）性能。HER過電位僅13.2 mV，低于商業(yè)Pt/C催化劑。在PEMWE應用中，該催化劑Pt用量降至10 μg/cm2，采用Nafion 115膜在2 A/cm2電流密度下電解電壓為1.76 V，并在1 A/cm2下穩(wěn)定運行超1000小時，且運行后Pt原子未見團聚。研究顯示，Cl配體與Ru載體的協(xié)同作用形成穩(wěn)定的Pt-Cl-Pt配位結構，突破了Pt單原子催化劑器件應用穩(wěn)定性的瓶頸。相關成果發(fā)表在《德國應用化學》上。在陽極催化劑研究方面，該團隊通過硫摻雜改性IrO2，實現(xiàn)了氧析出反應路徑從傳統(tǒng)吸附演化機理向晶格氧機理的切換。硫摻雜誘導IrO2晶格膨脹，形成非鍵氧態(tài)作為電子犧牲劑，在提升催化活性的同時維持了Ir-O鍵級的穩(wěn)定性。團隊通過這一催化劑將Ir用量從1.0~1.5mg/cm2降至0.3 mg/cm2，采用Nafion 115膜與GORE 80μm膜在2.0 A/cm2電密下電解電壓分別為1.77?V與1.69 V，且在1.0 A/cm2下運行1000小時電壓衰減率僅為16.6 μV/h。相關成果發(fā)表在《先進材料》上。上述兩方面的成果分別從陰極Pt單原子穩(wěn)定化和陽極Ir基催化劑機理調控出發(fā)，降低了PEMWE對貴金屬的依賴，為綠氫規(guī)?；a(chǎn)奠定了技術基礎。質子交換膜水電解制氫超低Pt/低Ir催化研究獲進展

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