该校科研人员在电解水制氢研究中出妙招——巧妙设计出遍布针尖的“松球结构”催化剂，在保持制氢效果不变情况下，与商业铂碳催化剂相比，铂金属的用量仅约原来的七十五分之一。

相关成果近日在线发表在《自然·能源》上。

电解水制氢由于零污染、零排放的优势，受到越来越多研究者的注意，铂催化剂是当前电解水制氢的热门方向。但按照传统方式制造的铂催化剂，催化过程一般都发生在催化剂表面，且参与反应的是单个或近邻的几个原子，这样就会导致表层的铂原子忙得不亦乐乎，内层的铂原子却无所事事，这势必会影响电解水制氢的效率。如何让催化剂中的铂原子不吃“大锅饭”，在催化反应中每个铂原子都能动起来，成为科学家们深入思考的问题。氢能作为一种高效清洁可再生能源是当前各界关注的热点，电解水制氢由于零污染、零排放的优势而受到越来越多研究者注意。如何制出新型价廉高效催化剂成为关键一环。

目前按照传统方式制造的铂催化剂，催化过程一般发生在催化剂表面，表层铂原子“忙得团团转”，内层铂原子却“无所事事”。

中国科学技术大学宋礼教授和江俊教授课题组合作，将之前扁平催化剂局限在二维平面反应改造成三维立体反应，形成一个表面满是针尖的“球”，每个针尖都是一个单原子铂，保证每个铂原子都在“生产一线”，使其“无法偷懒”。

江俊表示，理论模拟发现，弯曲的球面会在尖端铂原子处形成非常强的局域电场，相当于给铂原子脚上加了一个加速履带，可以进一步增强催化效率。

测试结果表明，当电解溶液中的反应物通过一颗颗的表面遍布针尖的“松球结构”时，形成氢气的速率大大增加。宋礼说：“在产氢量相同的情况下，我们设计的催化剂只需要一份铂，而传统商业铂碳催化剂则需要约七八十份，很大程度上降低了催化剂成本。”

中科大宋礼教授课题组想到一个好办法，能够最大化地使铂原子处于催化剂的表面。首先，他们选择了单位质量下拥有最大表面的球形，将之前扁平的催化剂做成一颗颗“球”，将以前局限在二维平面的反应改造成三维立体的反应，这样可以发生反应的场地就会大大增加。同时，每个铂原子都位于球形的表面，保证了它们都在“生产一线”。如此一来，催化剂就形成了一个表面满是针尖的“球”，每个针尖都是一个单原子铂，没有“人”可以“躲”在后面偷懒。江俊教授说：“这个设计还带来一个惊喜的附加效果，理论模拟发现，弯曲的球面会在尖端铂原子处形成非常强的局域电场，相当于给铂原子脚上加了一个加速履带，可以进一步增强催化效率。”测试结果表明，当电解溶液中的反应物通过一颗颗表面遍布针尖的“松球”时，形成氢气的速率大大增加。

铂金属在电化学制氢反应中拥有很重要的地位，该研究最大限度地减少铂用量但并未影响制氢反应催化效果，有望实现规模化应用，同时为进一步优化催化剂的性能指明了方向。

据科研人员介绍，铂金属在电化学制氢反应中拥有很重要的地位，这一研究最大限度地减少铂用量且并未影响制氢效果，有望实现规模化应用。