這是一個靈感來自中國傳統小吃麻球的重大突破。

復旦大學高分子科學系教授張波與綠氫打交道多年，如何降低生產成本是他整天琢磨的事情。

一次吃著麻球，張波突發奇想：最前沿的PEM（質子交換膜）電解水制氫所需的催化劑，含銥量高達85%，而1克銥的成本是1300元。能否像麻球一樣，隻在表面覆蓋一層催化劑？芝麻容易脫落，他繼而聯想到，能不能像種牙一樣，把“芝麻”的一半種在“麻球”裡？

這一電光石火的靈感，經過整整3年的合力攻關成為現實，有望直接促進綠氫產業化的加速。復旦大學張波、徐一飛、段賽、徐昕合作團隊，首創性地合成了具有極高催化活性和穩定性的銥/鈰嵌入式催化劑。北京時間2月14日凌晨，這一裡程碑式成果在國際權威學術期刊《科學》發表。

目前，銥及其氧化物是唯一可在PEM陽極的強酸性環境下穩定工作的催化劑，但銥在地殼中的含量非常稀少，僅為千萬分之一，加上其價格不菲，限制了PEM電解水的大規模商業化。開發低成本、高性能的催化劑，成為迫切需要解決的瓶頸問題。

“聽到‘種芝麻’的想法，我們也非常激動。”復旦大學化學系青年研究員段賽告訴記者，“這一想法是否真的可行，需要在理論上做出解釋。”

復旦大學化學系徐昕教授團隊通過自主研發的算法，嚴密計算出“麻球”（催化劑載體）和表面“芝麻”（催化劑）各自生長速度的匹配關系，使其恰好達成一半在外一半嵌入的效果。否則，如果二者的生長速度失衡，“芝麻”可能被“麻球”全部吞掉，或隻粘附了一點、容易脫落。

如果催化劑的生長過程能夠“眼見為實”，就能更好地控制生長速度。復旦大學高分子科學系青年研究員徐一飛利用冷凍透射電鏡以及冷凍電子斷層掃描技術，清楚地看到了“芝麻”長大和嵌入全過程，並揭示了超聲和加熱可以有效加快“麻球”的生長速率。

在三個團隊的合力之下，研究人員利用納米晶體在超聲和加熱作用下的自發長大過程，將“芝麻”（氧化銥）嵌入到“麻球”（氧化鈰）中，首創了一種穩定且高效的載體型催化劑，極大地減少了銥的用量，破解了這一重要的瓶頸問題。

張波給記者算了一筆賬——1克銥的成本高達1300元，而鈰在自然界中的儲量相對較為豐富，他們首創的銥/鈰嵌入式催化劑，使得催化劑的成本降低85%。

還有一個意外之喜——催化劑的能效提升65%。由於一半“芝麻”深度嵌入“麻球”中，它們的相互作用比原來更加劇烈，催化能力更強。

此外，催化劑的穩定性更好，加速老化實驗6000小時無衰減。根據實驗結果估算，由此制造的PEM設備壽命可達15年以上，而現有設備壽命是10年。

性能、成本和壽命通常被視為一個相互關聯和制約的“三角”，基於這種新型催化劑制造的PEM設備不僅有著亮眼的“三角”數據，還在世界上首次實現並打破了美國能源部2026年的PEM電解水設備性能指標。

“我們一方面解決了PEM電解水的痛點，另一方面凡需要載體型催化劑的地方都可以發揮作用，這是一種方法學的推廣。”張波說。

張波還有一個身份——山海氫（上海）新能源科技有限公司董事長，這是復旦大學孵化的一家初創企業，地處上海唯一以碳中和命名的產業園。記者在公司實驗室看到，一台水桶大小的設備大約5天可生產500克載體型催化劑。

“我們正在優化催化劑工藝，爭取今年底商業化。”張波向記者透露。（記者 黃海華）

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