广州超算神助攻！港科大年夜研发全球最经久氢燃料电池

氢燃料电池大规模商业化受限于昂贵的催化剂铂(Pt)

氢燃料电池利用无污染的氢气、氧气和水来产生和储存电，过程不会产生二氧化碳、悬浮粒子及其他有机会引致烟雾及康健问题的空气污染物，是较清洁的电能来源。

氢燃料电池对环境危害小，具有独特上风，但始终未能大规模商业化。
缘故原由是氢燃料电池依赖电催化剂(electrocatalyst)发电。
但催化剂一样平常由铂(Pt)制成，这种金属不仅本钱高昂，产量亦稀少。
科学家们一贯努力探求譬如铁-氮-碳等较常见而廉价的物质作为铂(Pt)的替代品，但这些物质的催化发电效能和耐久性均欠佳。

新技能大幅降落铂(Pt)所需量达八成

邵敏华带领团队研发的这款新型氢燃料电池，大幅降落催化剂铂(Pt)的所需量达八成，更刷新了氢燃料电池发电耐久性的天下记录。

依托“天河二号”丰富的存储资源和强大的打算能力，团队对该催化剂表面的氧气还原反应(ORR)进行仿照打算，用密度泛函理论(DFT)证明其催化性能比铂更优胜。

催化剂效能出众，个中一个缘故原由是它有三个不同类型的活性中央(active site) 进行催化浸染，较只有一个活性中央的传统催化剂多。
由原子分散的铂、单原子铁，以及铂铁合金纳米粒子所组成的新型稠浊催化剂，可以加快催化速率，与此同时产生的催化浸染较铂催化剂赶过3.7倍。
理论上，催化性能愈好，燃料电池所产生的功率也会愈大。

邵敏华教授手持氢燃料电池原型

这款新型稠浊催化剂的铂含量极低，但经由十万次电压循环（把电压值设于0.6V保持三秒，其后再把电压值加大至0.9V再保持三秒为一次循环）的加速压力测试后，其催化效率仍坚持在97%；而一样平常的催化剂经由了三万次的加速压力测试后，效率降落约50%。
团队的另一项测试显示，氢燃料电池利用了新型稠浊催化剂后，纵然持续运作超过200小时（电压值设于0.6V），其催化效果也没有涌现低落。

“天河二号”助产环球最耐久氢燃料电池

氢气氧化(HOR)和析出反应(HER)是燃料电池和水电解制氢的又一主要电化学反应。
通过引入其他金属对原金属催化剂表面进行润色，碱性HOR/HER的活性得到显著提高。
然而，引入外部金属的浸染及其提升HOR/HER活性的机理仍不明确。
过往研究表明，在铂(Pt)表面引入钌(Ru)可以有效提高HOR/HER的催化活性，其背后的缘故原由也成为了研究的重点。

邵敏华教授课题组从2020年起，通过结合现场衰减全反射-表面增强红外接管光谱技能(ATR-SEIRAS)和密度泛函理论(DFT)打算，对Pt-Ru双金属表面的HOR/HER机理进行了深入研究。
在模型构建及DFT打算中，研究职员仿照了不同吸附氢(Hfcc)覆盖度的包含显性水层的固-液界面（如下图所示），并对碱性介质中HOR/HER的反应过程进行了探索。

Ru/Pt(111)表面模型

通过南沙分中央为连接点的跨境专用科研光纤网络专线，研究团队借助超算对DFT软件进行编译，打算任务被提交至“天河二号”进行大规模并行打算，能够有效降落打算仿照韶光，加速推进研究事情。

加强绿色能源运用，建立碳中和社会

“建立一个碳中和的社会，采取氢燃料电池这种绿色能源转换设备是有必要的。
面对严厉的景象危急，绿色能源的运用必需进一步加强。
我很高兴这个研究成果有助我们向这个目标迈进一步。
” 邵敏华教授先容道。

“天河二号”稳定丰富的高性能打算资源以及专业的技能支持为本项事情顺利开展供应了主要支撑。
未来，邵敏华教授团队将连续依托超算深入研究各种催化剂表面的电催化反应机理，并构建更贴近真实实验条件的固-液界面。
同时，通过对催化剂表面的电子构造进行剖析和调控，团队将对已有催化剂进行改进、组合和优化，致力于从理论打算方向开拓高性能催化剂，从而提升催化活性和促进催化反应，终极推动化学工业及全体社会的发展。

文/广州日报新花城：方晴 通讯员：万园园

图/广州日报新花城：王燕 通讯员：万园园

广州日报新花城编辑：林静