
7月7日,天津大学材料科学与工程学院教授胡文彬(右)与学生在天津大学实验室做实验。新华社发
铂族催化剂被誉为现代能源、化工及环保产业的“心脏”材料,谁掌握了这项核心技术,谁就掌控了高端制造的关键环节。然而,其高昂的成本和漫长的合成周期长期制约着产业发展。近日,天津大学胡文彬教授团队提出了一项名为“瞬态组装”的创新策略。该技术借助毫秒级周期热脉冲,如同按下时间快进键,将铂族金属核壳结构催化剂的制备时间从数小时压缩至数分钟,同时实现原子级别的精准调控。这一突破开辟了全新的技术路径。
7月10日,《科学》杂志发表了这项来自天津大学的重磅研究成果。该技术能够高效、精准地将铂族金属与非贵金属组装成核壳结构,从而以最少的贵金属用量获得最佳催化性能。传统方法依赖长时间高温加热,使材料逐步达到多个“热力学平衡状态”,再经历复杂的转化过程,不仅耗时耗能,而且精度极低。这一瓶颈正是限制产业发展的关键痛点。
针对这一难题,天津大学与合作团队历经数年攻关,最终提出了“瞬态组装”这一非平衡态合成新思路。通过周期热脉冲技术实现毫秒级精准能量供给,驱动纳米晶在非平衡、高能的瞬时演变过程中直接完成核壳结构的构建。这相当于为晶体组装配备了“闪充”功能,同时能够精确控制外壳铂原子的层数。
这种从合成机制底层发起的创新,带来了制造工艺的跨越式提升。过去需要数小时跨设备完成的流程,如今仅需几分钟即可实现。更关键的是,由于合成时间被压缩到极致,能量聚焦极为精准,单位质量催化剂合成的能耗降低了90%。这意味着成本大幅下降,效率显著提升。此外,采用新方法制备的催化剂在氢燃料电池测试中,额定功率达到15.2千瓦每克铂,且耐久性表现突出,绝非华而不实。
论文通讯作者胡文彬教授明确指出:该技术为精准、高效制造精细结构贵金属催化剂提供了全新思路。它不仅有力支撑了中国绿色氢能、能源新材料等战略产业发展,未来还可拓展至高端化工、环境催化、精细化学品合成等同样依赖高性能铂族催化剂的领域。可以说,应用场景十分广泛,发展前景不容小觑。
