超快光热工艺0.02秒产生3000℃高温 能快速合成高性能催化剂

科技日报记者 刘霞

韩国科学技术院研究团队开发出一种直接接触光热退火平台，能在短短0.02秒内产生高达3000℃的超高温，快速合成高性能催化剂。与传统方法相比，这项超快光热工艺不仅大幅降低了制氢能耗，更将制氢效率提升了5倍，为清洁能源商业化铺平了道路。相关研究成果发表于美国化学会旗下《纳米》杂志。

据研究团队介绍，该平台利用强大的光热效应，将化学性质不活泼的纳米金刚石前体，转化为具有高导电性和催化活性的“碳纳米洋葱”。

“碳纳米洋葱”由多层同心石墨壳构成，具有高导电性、大比表面积和优异化学稳定性，是理想的催化剂载体。然而传统合成方法步骤繁琐、能耗高、耗时长，限制了其规模化应用。

为突破这些限制，研究团队将纳米金刚石前体与吸光炭黑混合，再用氙灯施加强脉冲光。分子动力学模拟证实，仅需0.02秒，纳米金刚石就转化为“碳纳米洋葱”。

该技术的另一大亮点是实现了“碳纳米洋葱”合成与单原子催化剂功能化的同步进行。当混合物中加入铂等金属前体时，它们会分解成单个原子，并牢牢锚定在新生成的“碳纳米洋葱”表面。随后的快速冷却过程可有效防止原子团聚，完美实现了一步合成与功能化。

研究团队已制备出包括铂、钴、镍在内的8种高密度单原子催化剂。其中，铂-碳纳米洋葱催化剂的析氢效率达到传统催化剂的6倍，且贵金属用量显著减少。这项技术展现了在规模化、可持续制氢领域的巨大应用潜力。