超快光熱工藝0.02秒產生3000℃高温 能快速合成高性能催化劑

科技日報記者 劉霞

韓國科學技術院研究團隊開發出一種直接接觸光熱退火平台，能在短短0.02秒內產生高達3000℃的超高温，快速合成高性能催化劑。與傳統方法相比，這項超快光熱工藝不僅大幅降低了制氫能耗，更將制氫效率提升了5倍，為清潔能源商業化鋪平了道路。相關研究成果發表於美國化學會旗下《納米》雜誌。

據研究團隊介紹，該平台利用強大的光熱效應，將化學性質不活潑的納米金剛石前體，轉化為具有高導電性和催化活性的“碳納米洋葱”。

“碳納米洋葱”由多層同心石墨殼構成，具有高導電性、大比表面積和優異化學穩定性，是理想的催化劑載體。然而傳統合成方法步驟繁瑣、能耗高、耗時長，限制了其規模化應用。

為突破這些限制，研究團隊將納米金剛石前體與吸光炭黑混合，再用氙燈施加強脈衝光。分子動力學模擬證實，僅需0.02秒，納米金剛石就轉化為“碳納米洋葱”。

該技術的另一大亮點是實現了“碳納米洋葱”合成與單原子催化劑功能化的同步進行。當混合物中加入鉑等金屬前體時，它們會分解成單個原子，並牢牢錨定在新生成的“碳納米洋葱”表面。隨後的快速冷卻過程可有效防止原子團聚，完美實現了一步合成與功能化。

研究團隊已製備出包括鉑、鈷、鎳在內的8種高密度單原子催化劑。其中，鉑-碳納米洋葱催化劑的析氫效率達到傳統催化劑的6倍，且貴金屬用量顯著減少。這項技術展現了在規模化、可持續制氫領域的巨大應用潛力。