失误创造奇迹？我国电解水制氢催化剂重大突破，竟是因为加错试剂

　　当“92加满倾家荡产，95加满负债满满”，成为燃油车车主心头之痛时，电车车主正用车上的外放电源，给露营地源源不断地供电，吃着火锅唱着歌，压根不心疼那点儿续航。

　　而能让电车车主“破防”的，或许也只剩下传说中的氢能源车了——毕竟如果氢能源真的能普及到家用车领域的话，那么氢能源车就兼有了燃油车无里程焦虑和电车续航成本低的优势。

　　然而，阻止氢能源汽车广泛发展的一个重要原因，就是如何能方便快捷地把水中的氢元素，提取出来作为燃料使用。

　　因此，最近西湖大学发布的一项结果表示，我国科学家已经成功合成可用于电解水制氢的非贵金属催化剂，就很是让人欢欣鼓舞。

　　但实际上，这个结果属于“歪打正着”，是一个意外带来的进展。

　　这是怎么回事呢？

　　咱们来具体唠唠。

　　科普：为何要大力发展氢能源？

　　在具体展开了说西湖大学关于“电解水制氢”的研究结果之前，有必要先来科普一下关于“氢能源”的一些背景。

　　人类对于能源的探索是不断在前进的，尤其是“减碳计划”开展之后，如何找到一种低成本高效能又可循环使用的能源，是每个国家都“必修”的功课。

　　而氢能源，无疑是在新能源中被认为最具有“潜力”的。

　　毕竟氢可是宇宙中最丰富的元素之一，如果可能的话，地球表面覆盖的70%水资源，全部可以用来提取氢元素作为能量来源。

　　便宜又大碗之外，氢元素还非常“耐用”，它的能量密度是汽油的三倍左右，所以说按照现有的车辆油箱容量，如果换成氢能源的话，那么续航可以提升三倍——加满一次氢能轻轻松松跑将近2000公里，想想就爽啊。

　　此外，氢燃烧后的产物只有水，完全无污染，与煤炭、石油、天然气的大量碳排放相比，确实是一种真正的清洁能源了。

　　而且与“绿电”相比，氢能源还有一个可储能的优势——用风能、太阳能发的电，要是用不掉也就只能浪费掉（因此我国也会低价卖一些绿电给周边国家，就是为了避免浪费）。

　　而这些电能如果转化成氢能，那就可以被方便地储存、运输，供应到四面八方，就像是阿拉伯国家供应石油一样，无论是供能还是交易，那都是源源不断的财富。

　　再说氢能源的使用范围也并不亚于石油，它可以作为能源直接用于燃烧发电、驱动交通工具等，也可以作为原料用于生产化学品、炼油等工业过程。在工业领域，还可以用于冶金等行业，替代传统的化石能源。

　　目前中车集团甚至已经成功研制并试运行了我国首列氢能源市域列车。

　　这款列车采用的是氢燃料电池和超级电容相结合的能源供应方式，通过内置氢能动力系统驱动，能够以时速 160 公里满载运行，最高续航里程可达1000公里以上，不仅动力强悍，而且环保零碳。

　　而我国的氢能源智轨电车甚至已经远销马来西亚，以零排放、零污染、无噪声、补充燃料快、续航能力强等优势博得了不少好评。

　　与此同时，中国首艘氢燃料电池动力示范船三峡氢舟1号，也在近期顺利完成首航。

　　水路，陆路，铁路……氢能源在交通领域的全面开花，全场景运用，让人们对于氢能源的“渴求”更为强烈。

　　电解水制氢催化剂的突破，为何堪称“重大”

　　了解了氢能源的重要性，我们就差不多可以理解为什么人们对于这个“重大突破”那么上心了。

　　毕竟，能搞好氢能源的话，全世界的能源结构都要重新洗牌，从此可以不用受到石油和天然气的“掣肘”，更便宜又更耐用的能源带来的，无疑是更为高速的工业发展与更稳定可靠的能源系统。

　　但是，前面说了，想要把水变成氢，还是挺难的。

　　毕竟，要把水分子拆分为氢和氧，不是那么简单的事情。

　　目前主要制氢的方法，包括化石能源制氢和电解水制氢。前者成本比较低，但是会产生大量温室气体，所以不算太理想；后者则更依赖电力供应，并且还需要催化剂进行催化。

　　通常，使用电解水制氢，催化剂是铂。

　　也就是我们平时说的“白金”。

　　于是氢能源要普及，多少有点尴尬了——氢能源本身是不贵，但是需要用到大量的铂金去催化它，将来要是氢能源电池像现在的磷酸铁锂或者三元锂电池那么普遍，还不得把全球的铂都挖光啊？

　　关键是，很有可能把全球的铂挖光，都不一定够比亚迪造一年汽车用的。

　　所以寻求高效、低成本且性能稳定的铂替代催化剂，就成了当前的研究重点。

　　于是，西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心孙立成教授团队的研究结果就显得尤为可贵了。

　　因为他们成功合成了可用于电解水制氢的非贵金属催化剂。

　　划重点：非贵金属。

　　也就是说，不用铂金了，铂金可以留给大家打项链做戒指了，有更便宜成本更低的材料来作为催化剂了。

　　这不让人相当欢欣鼓舞么？你说这突破算不算“重大”？

　　必须算啊！

　　所以，新的电解水制氢催化剂是个啥？

　　其实要聊这个催化剂，估计有点枯燥。

　　因为它的名字就不太好记——CAPist-L1。

　　不过可以给大家解释下，按照研发团队的说法是，这个名字可以拆开成为CAP+ist+L+1，其中CAP代表“人工光合作用与太阳能燃料中心”，而ist则代表催化剂系列，L取自两位主创人李志恒和林高鑫的姓氏首字母“L”，1代表第一代催化剂。

　　至于这个催化剂是怎么“错有错着”的，倒是个挺有趣的故事。

　　因为做实验的博士后李志恒把乙醇（酒精）当作去离子水，倒进了制备镍铁基OER催化剂的培养皿上，结果浸泡之后，竟然长出了类似绣球花形状的层叠结构催化剂。

　　令他意外的是，这种催化剂的催化稳定性十分不错，把它浸泡在碱性水中，在安培级电流密度下稳定工作超过19000小时（从2022年5月份开始，到2024年8月份）后，它的表面仍源源不断地产生气泡，并没有出现衰退的迹象。

　　在另外一位博士后林高鑫的共同探索下，研究团队发现，这是因为催化剂的原料之一硫酸亚铁几乎不溶于乙醇，因此在乙醇和水混合溶液中，能够析出形成含纳米级不溶颗粒物的非均匀形核液相体系，也就是为催化剂造了个“核”。

　　有核的东西，通常稳定性都好——例如冰雹以灰尘为核，它与雪花相比，就更不容易融化。

　　因此，就这么歪打正着，研究团队找到了，可以替代铂作为电解水制氢的催化剂。

　　而且这种新开发的非均匀形核体系，更是可以不只是用于OER催化剂，还可以用来开发其他类型催化剂。

　　于是除了CAPist-L1之外，我们还可以获得更多用于其他方面的催化剂，除了制造高效能绿色氢气之外，还拓宽了许多方面的研究广度与深度。

　　其他国家的进展

　　其实水制氢催化剂的问题，不止令我国科学家头疼，世界各地都在快马加鞭地研究相关领域。

　　之前就有澳大利亚的科学家宣称，他们研发出了一种纳米片催化剂，制造一公斤氢只需要大概10元人民币。

　　最值得一提的是，据说他们研发的这种纳米片催化剂可以直接用于海水制氢。

　　这有什么特殊的？其实一般电解水制氢用的都是淡水，因为海水中有很多难以分解的杂质，这些杂质在电解水的过程中，会大大增加电量消耗，造成不必要的能源浪费。

　　所以当时这个纳米片催化剂一经问世，就引起了科研界一阵腥风血雨，大家纷纷猜测是不是真正的能源革命要来了。

　　然而，事实证明，澳大利亚科学家研制出的纳米片催化剂，能提高制氢效用，却还是无法解决海水制氢能耗过高的问题。

　　所以，在电解水制氢这块上，各国角逐究竟鹿死谁手，还真不好说，且静看发展。

　　结语

　　在实验室里“无意之中”培养出来的CAPist-L1，展现出了优良的工业化应用前景。

　　它的制备工艺简单、成本低廉、可重复度高、易放大化制备，更具备超高OER活性和稳定性，当CAPist-L1从实验室走到落地应用，它无疑为电解水制氢提供了更经济的方案，且其稳定性和效率均表现优异，是会对绿色能源的发展产生深远影响的，堪称是绿色氢能源制备之路上的“里程碑”。

　　信息来源

　　科技日报：“绣球花”创造电解水制氢催化剂新纪录

　　太阳能 . 2024 (07) ：氢能利用关键技术及发展现状

　　机械制造 . 2024 ,62 (07)：电解水制氢研究现状

　　中国科学报：重组“CP”让绿色氢能生产廉价高效