西湖大学创造电解水制氢催化剂新纪录

杭州日报讯 一款新型催化材料被浸在碱性水中，表面源源不断地产生气泡，它已经在大电流密度下稳定工作了19000小时。也就是说，两年多时间过去了，这个小小方块毫无衰退的迹象。

这是阴离子交换膜电解水制氢（AEM-WE）的实验现场。此前，AEM-WE技术受制于氧气析出反应，催化剂难以在大电流密度下维持太久，一直没有实现工业化。西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心（下文简称“中心”）孙立成教授团队在这一材料上获得重大突破，成功合成可用于电解水制氢的非贵金属催化剂——CAPist-L1，其催化效率和稳定性远优于已公开报道过的催化剂，相关成果近日发表于国际顶级学术期刊《自然·催化》上。

孙立成团队在相关领域进行了二十多年探索，没想到一次实验中的意外，神奇地完成了“助攻”，成了上天眷顾的“临门一脚”。时间拉回到2022年4月，当时在中心做博士后的李志恒，在一次利用浸泡法制备催化剂时，不小心把乙醇（酒精）当作去离子水使用，结果发现新长出来的催化剂，氧气析出性能居然非常不错。诧异之下，研究团队把样品拿到电镜下——发现这种催化剂如同花朵一样层层叠叠。孙立成当时就给它取名为“绣球花”，并且凭借经验判断，这种层叠结构很可能有不错的催化稳定性。

但为什么会这样？李志恒非常困惑，与另一位博士后林高鑫一起研究。通过对CAPist-L1成分、结构和形貌等逐项分析，团队终于发现在催化层和金属基底之间存在一层致密过渡层。正是致密过渡层的存在，将催化层牢牢地锚定在金属基底上，提升了催化剂的活性和稳定性。随着研究的深入，研究人员发现，过渡层并非在催化剂形成初期产生，而是在浸泡4小时后，才开始缓慢出现……这相当于，先建了一栋房子，然后再打地基，却十分牢固。

电解水制绿氢是“双碳”背景下实现能源转型的重要技术之一。看起来是实验中的一次意外，却让人类离高效制造绿色氢气又近了一步。这背后，离不开实验室长期的探索所带来的准确经验判断和敏锐的直觉。