盖世汽车讯氢气被广泛认为是零碳替代燃料。大多数商用氢燃料是从天然气中提取的，天然气是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。由于化石燃料的储量有限以及对环境的负面影响，研究人员试图开发替代技术，通过生态友好的过程生产氢燃料，例如分解水生产氢气。然而，通过水分解产生氢气的效率低，因为氧气析出的反应速度慢，并且需要高达12.3V的热力学电压。
(资料来源:IBS)
为了节约制氢能量，尿素氧化反应(UOR)代替缓慢的水分解反应具有广阔的前景。尿素电解具有良好的热力学条件，热力学电压为0.37v·v，这也可以缓解尿素污染问题，每年约有2.2万亿吨富尿素废水排入河流。使用基于贵金属如铂和铑的催化剂可以提高氧化过程的效率。然而，这种贵金属催化剂成本高，长期运行性能差。
近年来，与基于纳米材料的催化剂相比，单原子催化剂表现出了优异的性能。然而，由于表面原子的迁移倾向，单原子催化剂的金属负载量较低(:3 wt%)，这对大规模应用提出了严峻的挑战。
据国外媒体报道，在成均馆大学基础科学研究所(IBS)综合纳米结构物理中心副主任LEE Hyoyoung的领导下，IBS研究团队开发出了实现金属单原子位点超高负载的策略。这是通过在载体材料上引入表面应变来实现的，表面应变可以明显促进尿素的氧化，并有助于氢燃料的产生。
主要研究人员阿什瓦尼·库马尔(Ashwani Kumar)说:“我们使用液氮淬火的方法在氧化钴(Co3O4)表面产生拉伸应变。超高的冷却速率使淬火样品的晶格参数因热膨胀而增大，导致氧化物表面产生拉伸应变。与原来的Co3O4表面相比，Co3O4的应变表面能使铑单原子(RhSA；6.6wt%体积载荷和11.6wt%表面载荷)稳定在200%以上。我们发现，与原始表面相比，应变表面可以明显提高RhSA的迁移能垒，抑制其迁移和聚合。"
Lee指出，“我们非常兴奋地发现，稳定在应变Co3O4表面上的高负载RhSA在碱性和酸性介质中都表现出优异的UOR活性和稳定性，这比商业Pt/C和RH/C好得多..在此之前，这种表面应变策略在SAC领域从未有过报道。”研究人员还发现，这种单原子位点高加载策略并不仅限于铑。通过表面应变策略，可以稳定其他贵金属(如铂、铱、钌)的超高负载单原子位，从而为这一发现的更广泛应用奠定基础。
为了将这种新型催化剂用于尿素氧化，研究小组评估了所需的催化效率和工作电压。与可逆氢电极(RHE)相比，这种先导催化剂(RhSA负载在应变Co3O4上)只需要1.28V，就可以获得每平方厘米电极10mA的电流密度，低于商用铂铑催化剂(分别为1.34 V和1.45V)。此外，该催化剂显示出长达100小时的长期稳定性而不改变其结构。该团队利用密度泛函理论模拟，探究新型催化剂性能优异的原因。结果表明，这是因为CO*/NH*中间体具有良好的尿素吸附性和稳定性。此外，与水电解制氢相比，尿素电解制氢可节能16.1%左右。
Lee说:“这项研究为可扩展应用提供了稳定高负载单原子位点的整体策略，这是SAC领域长期存在的问题。此外，这项研究将促进无碳节能氢经济的实现。这种用于尿素氧化的高效电催化剂有助于克服化石燃料精炼过程中的长期挑战，并以更低的成本和更少的环境影响生产用于商业应用的高纯度氢气。”盖世汽车讯氢气被广泛认为是零碳替代燃料。大多数商用氢燃料是从天然气中提取的，天然气是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。由于化石燃料的储量有限以及对环境的负面影响，研究人员试图开发替代技术，通过生态友好的过程生产氢燃料，例如分解水生产氢气。然而，通过水分解产生氢气的效率低，因为氧气析出的反应速度慢，并且需要高达12.3V的热力学电压。
(资料来源:IBS)
为了节约制氢能量，尿素氧化反应(UOR)代替缓慢的水分解反应具有广阔的前景。尿素电解具有良好的热力学条件，热力学电压为0.37v·v，这也可以缓解尿素污染问题，每年约有2.2万亿吨富尿素废水排入河流。使用基于贵金属如铂和铑的催化剂可以提高氧化过程的效率。然而，这种贵金属催化剂成本高，长期运行性能差。
近年来，与基于纳米材料的催化剂相比，单原子催化剂表现出了优异的性能。然而，由于表面原子的迁移倾向，单原子催化剂的金属负载量较低(:3 wt%)，这对大规模应用提出了严峻的挑战。
据国外媒体报道，在成均馆大学基础科学研究所(IBS)综合纳米结构物理中心副主任LEE Hyoyoung的领导下，IBS研究团队开发出了实现金属单原子位点超高负载的策略。这是通过在载体材料上引入表面应变来实现的，表面应变可以明显促进尿素的氧化，并有助于氢燃料的产生。
主要研究人员阿什瓦尼·库马尔(Ashwani Kumar)说:“我们使用液氮淬火的方法在氧化钴(Co3O4)表面产生拉伸应变。超高的冷却速率使淬火样品的晶格参数因热膨胀而增大，导致氧化物表面产生拉伸应变。与原来的Co3O4表面相比，Co3O4的应变表面能使铑单原子(RhSA；6.6wt%体积载荷和11.6wt%表面载荷)稳定在200%以上。我们发现，与原始表面相比，应变表面可以明显提高RhSA的迁移能垒，抑制其迁移和聚合。"
Lee指出，“我们非常兴奋地发现，稳定在应变Co3O4表面上的高负载RhSA在碱性和酸性介质中都表现出优异的UOR活性和稳定性，这比商业Pt/C和RH/C好得多..在此之前，这种表面应变策略在SAC领域从未有过报道。”研究人员还发现，这种单原子位点高加载策略并不仅限于铑。通过表面应变策略，可以稳定其他贵金属(如铂、铱、钌)的超高负载单原子位，从而为这一发现的更广泛应用奠定基础。
为了将这种新型催化剂用于尿素氧化，研究小组评估了所需的催化效率和工作电压。与可逆氢电极(RHE)相比，这种先导催化剂(RhSA负载在应变Co3O4上)只需要1.28V，就可以获得每平方厘米电极10mA的电流密度，低于商用铂铑催化剂(分别为1.34 V和1.45V)。此外，该催化剂显示出长达100小时的长期稳定性而不改变其结构。该团队利用密度泛函理论模拟，探究新型催化剂性能优异的原因。结果表明，这是因为CO*/NH*中间体具有良好的尿素吸附性和稳定性。此外，与水电解制氢相比，尿素电解制氢可节能16.1%左右。
Lee说:“这项研究为可扩展应用提供了稳定高负载单原子位点的整体策略，这是SAC领域长期存在的问题。此外，这项研究将促进无碳节能氢经济的实现。这种用于尿素氧化的高效电催化剂有助于克服化石燃料精炼过程中的长期挑战，并以更低的成本和更少的环境影响生产用于商业应用的高纯度氢气。”
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